工程数学

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出版者:机械工业出版社
作者:张令松 编
出品人:
页数:199
译者:
出版时间:2005-1
价格:17.00元
装帧:
isbn号码:9787111042563
丛书系列:
图书标签:
  • 工程数学
  • 数学
  • 高等数学
  • 工程
  • 理工科
  • 教材
  • 大学教材
  • 计算方法
  • 线性代数
  • 微分方程
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具体描述

《工程数学(第2版)》是根据中国机械工程学会职工高等教育专业学会机械制造专业委员会1993年制定的“职工高等工业专科学校工程数学教学大纲”编写的。全书分成两篇。第一篇是线性代数,内容包括行列式、矩阵、”维向量、线性方程组以及二次型与方阵的特征值和特征向量。第二篇是复变函数,内容包括复数和复变函数、解析函数、复变函数的积分、级数、留数以及拉普拉斯变换。每章均配置小结并有适当的习题,书末附有习题答案,可供高等职业技术学校、职工大学、业余大学各专业作教材使用。

《量子纠缠与信息论基础》 ——探索微观世界的隐秘联系与信息传递的极限 本书导言 在物理学的宏伟殿堂中,量子力学无疑是最为深刻、也最引人入胜的分支之一。它以其反直觉的精确性,揭示了物质和能量在最基本层面的行为模式。而在这量子世界的迷宫中,“量子纠缠”(Quantum Entanglement)无疑是最为核心、也最令人着迷的现象。爱因斯坦曾将其称为“鬼魅般的超距作用”,因为它似乎允许两个相隔遥远的粒子之间瞬间建立起一种神秘的关联。 本书《量子纠缠与信息论基础》正是聚焦于这一核心概念,并将其置于现代信息科学的广阔框架下进行深入剖析。我们不仅探讨纠缠的物理本质、其数学描述,更着重阐述如何利用这种非定域性的关联,实现超越经典极限的信息处理、加密和计算。 本书旨在为物理学、计算机科学、数学以及工程学领域的研究人员、高年级本科生和研究生提供一本全面、深入且富有洞察力的参考资料。我们力求在保持严谨性的同时,清晰地阐释复杂的概念,引导读者从基础原理出发,逐步触及量子信息领域的前沿课题。 第一部分:量子力学的基石与状态空间 在深入纠缠之前,必须对描述量子系统的数学工具进行扎实的复习和拓展。本部分将构建理解纠缠所需的理论基础。 第一章:复习狄拉克符号与希尔伯特空间 详细回顾了量子力学的基本公设,重点强调了希尔伯特空间(Hilbert Space)作为系统状态载体的核心地位。我们采用狄拉克符号(Bra-ket Notation)作为主要的数学语言,确保读者能够熟练地处理态矢量和算符。讨论了有限维和无限维希尔伯特空间的拓扑结构及其对物理图像的支撑作用。 第二章:纯态、混合态与密度矩阵 区分了理想化的纯态描述与实际物理系统中更常见的混合态。密度矩阵(Density Matrix)$ ho$ 作为描述宏观可观测系综的工具被详细引入。我们将探讨密度矩阵的性质,如厄米性、迹为一,以及如何通过对子系统进行偏迹(Partial Trace)来获得子系统的状态描述,这为后续的纠缠定义奠定了数学基础。 第三章:张量积与复合系统 量子力学的叠加原理在复合系统中的体现,是通过希尔伯特空间的张量积(Tensor Product)来实现的。本章细致地分析了两个或多个子系统联合状态的张量积结构。我们将证明,一个复合系统的状态可以分解为子系统状态的乘积(可分离态),也可以是无法分解的特殊状态(纠缠态)。 第二部分:量子纠缠的本质与量化 本部分是全书的核心,专注于定义、识别和量化纠缠这一独特的量子资源。 第四章:纠缠态的数学识别 精确定义了贝尔态(Bell States)作为两比特系统最大纠缠态的典范。通过贝尔态的特殊结构,我们引入了可分离性的判定标准。对于任意的复合系统状态,如何通过检查其是否能写成子系统直积的形式来判断其是否为纠缠态。我们将讨论乘积态的特征以及识别纠缠态的必要条件。 第五章:量子纠缠的量度学 纠缠不仅仅是“有”或“无”的概念,它是一种可以量化的资源。本章系统介绍了量化纠缠的主要指标: 1. 纠缠熵(Entanglement Entropy):基于冯·诺依曼熵(Von Neumann Entropy) $S( ho_A) = - ext{Tr}( ho_A log_2 ho_A)$,作为衡量子系统 A 状态纯度的方式,间接反映了子系统 A 与其余部分的纠缠程度。 2. 纠缠度量(Measures of Entanglement):探讨了更直接的量化工具,如纠缠幅度(Entanglement of Formation, EOF)和纠缠擦除(Entanglement Distillability),讨论了这些度量的优缺点及适用范围。 第六章:贝尔不等式与非定域性检验 纠缠的物理意义在于它违背了局域实在论(Local Realism)。本章将详细阐述贝尔不等式(Bell Inequalities)的推导过程,特别是CHSH不等式。通过分析这些不等式在纠缠态和经典态下的表现,读者将直观理解纠缠如何超越经典物理学的预测,体现出量子力学的非定域关联特性。本章将涉及实验验证的经典案例。 第三部分:量子纠缠在信息科学中的应用 量子纠缠作为一种资源,其价值体现在它能够实现经典方法无法企及的信息处理任务。 第七章:量子隐形传态(Quantum Teleportation) 详细解析了利用一对预先共享的纠缠粒子(如贝尔对)和经典通信信道,实现未知量子态的远距离传输的过程。本章会严谨地展示隐形传态协议的每一步操作,包括辅助比特的制备、联合测量以及接收端的幺正变换恢复,强调了经典信道在整个过程中不可或缺的作用。 第八章:超密编码(Superdense Coding) 与隐形传态相反,超密编码展示了如何利用一个纠缠的“量子比特”和一个经典的双比特信息,实现仅用一个量子比特的经典信息传递。本章将探讨如何通过对共享纠缠对施加不同的本地幺正操作,并将操作后的结果发送给接收方,从而实现信息容量的翻倍。 第九章:量子密钥分发(Quantum Key Distribution, QKD) 聚焦于利用纠缠原理保障通信安全的BBM92协议(BB84协议的纠缠版本)。我们将分析纠缠态的特性如何使得窃听行为(如Eavesdropping)必然在测量中留下可被发现的痕迹,从而确保密钥的绝对安全。讨论了量子信道容量和安全密钥率的概念。 第十章:量子计算的视角:纠缠的必要性 虽然本不直接深入量子算法的细节,但本章讨论了纠缠在通用量子计算模型中的核心作用。我们将阐述,一个不能产生和维持纠缠的量子系统,其计算能力并不能超越最快的经典计算机。纠缠是区分“量子霸权”和经典计算能力的关键资源。 结论与展望 本书的结论部分将总结量子纠缠的物理学基础、数学量化方法及其在基础信息协议中的应用。同时,我们展望了纠缠在量子网络、量子模拟以及对引力与时空本质探索中的前沿应用,引导读者思考如何将这些理论工具应用于未来的尖端科技研发。 附录 附录部分提供了必要的数学工具补充,包括线性代数中矩阵运算的快捷方法、信息论中的熵公式回顾,以及几个关键定理的完整证明。 本书内容严谨、逻辑清晰,力求在概念的深度与实际应用的广度之间取得完美的平衡,是理解量子信息科学的必备参考书。

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用户评价

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我最近在学习一套非常前沿的机器学习算法,发现自己在处理高维数据和优化问题时,基础理论知识暴露出了明显的短板。于是,我满怀期待地入手了这本被业内同行广泛推荐的教材。这本书的叙述风格极其严谨,它没有采用那种“走马观花”式的概览,而是选择了深入剖析每一个核心概念的起源和推导过程。对于线性代数中的特征值分解、矩阵分析中的奇异值分解(SVD),作者都给出了极其详尽的几何意义解释,这比单纯背诵公式有效得多。特别是它对向量空间和变换的阐述,如同用一把手术刀将抽象概念层层剥离,直至其最本质的结构显现出来。我感觉自己不再是单纯地在使用工具,而是真正理解了工具背后的数学原理,这对于我后续构建自己的优化模型至关重要。它就像一位耐心的导师,不厌其烦地引导你穿越那些晦涩的数学迷雾,最终抵达清晰的彼岸。

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这本书的实用性简直超乎我的想象,它不仅仅是一本理论手册,更像是一本为工程师量身定制的“工具箱”。我尤其欣赏其中关于傅里叶分析在信号处理中应用的章节。作者没有停留在单纯的数学定义上,而是巧妙地结合了实际工程案例,比如如何利用快速傅里叶变换(FFT)来分析机械设备的振动数据,识别故障频率。书中给出的案例代码片段虽然是伪代码,但其逻辑的完整性和对计算复杂度的考量,都体现了作者深厚的工程背景。在学习微分方程时,书中引入了大量的常微分方程(ODE)和偏微分方程(PDE)的数值解法,并对比了不同方法的收敛性和稳定性,这对于我目前负责的流体力学仿真项目提供了极大的参考价值。它真正做到了理论指导实践,让我能够把书本上的知识点快速映射到我的工作场景中,极大地提升了解决实际问题的效率。

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这本书的包装设计真是让人眼前一亮,硬壳精装,拿在手里沉甸甸的,一看就是那种可以长久保存的经典之作。封面采用了深邃的藏蓝色调,辅以烫金的立体字体,显得既庄重又不失现代感。装帧的工艺处理得非常细致,边角圆润,书脊的锁线装订也十分牢固,即便是经常翻阅,也不担心散页。我特别喜欢它在细节上的用心,比如扉页上印制的那段关于“知识的永恒价值”的引言,一下子就把人带入了一种求知若渴的氛围中。纸张的选择也体现了出版方的专业度,米白色的哑光纸,触感温润,对眼睛非常友好,即便是长时间阅读复杂的图表和公式,也不会有强烈的反光刺激感。而且,书的版式设计非常考究,大面积的留白让原本密集的数学符号和文字显得疏朗有致,逻辑脉络清晰可见,这对于学习深度理论来说,无疑是极大的帮助。这种实体书的质感,是电子阅读器无法替代的体验,每一次翻动,都仿佛在与智慧对话。

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这本书的排版和图示是它在众多同类教材中脱颖而出的关键。在讲解像多变量微积分中的梯度、散度、旋度这类空间概念时,抽象的符号往往令人望而却步。但这本书的绘图质量达到了专业级的标准,每一个向量场、每一个曲面积分,都被清晰、精确地以三维透视图展现出来。特别是那些涉及到高维空间的可视化,虽然本质上是抽象的,但图示的引入极大地降低了读者的理解门槛,让人仿佛能“看”到这些数学对象在空间中的运动和相互作用。色彩的运用也恰到好处,关键的变量或定义都被用醒目的颜色高亮显示,阅读时注意力能够被有效地引导到重点上。这种对视觉化学习体验的重视,让我在面对复杂几何问题时,不再感到无从下手,而是能迅速在大脑中构建起清晰的图像模型。

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坦白说,初次接触这本书时,我被其内容的广度稍微震慑了一下。它横跨了多个数学分支,从基础的微积分到高级的张量分析,知识体系搭建得极为宏大和完整。然而,这本书的结构设计非常巧妙地化解了这种压迫感。作者采用了模块化教学法,每一个单元的学习都相对独立,但又通过精妙的“知识桥梁”将不同章节的内容串联起来,形成一个有机的整体。例如,概率论中的贝叶斯公式,在后续的估计理论中又被反复调用和深化,这种螺旋上升的学习路径,让人在不同阶段都能对同一概念有更深层次的理解。书后附带的习题设计也极具匠心,既有基础的巩固练习,也有开放性的思考题,鼓励读者跳出既有框架,进行更深层次的探索。这不仅仅是知识的堆砌,更是一套完整的思维训练体系。

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