Schaum's Outline of Numerical Analysis

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出版者:McGraw-Hill
作者:Scheid, Francis
出品人:
页数:471
译者:
出版时间:1988-10
价格:135.00元
装帧:Pap
isbn号码:9780070552210
丛书系列:
图书标签:
  • 数值分析
  • 数学
  • 算法
  • 科学计算
  • Schaum's Outline
  • 工程数学
  • 高等数学
  • 计算方法
  • 理工科
  • 教材
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具体描述

If you want top grades and thorough understanding of numerical analysis, this powerful study tool is the best tutor you can have! It takes you step-by-step through the subject and gives you accompanying related problems with fully worked solutions. You also get additional problems to solve on your own, working at your own speed. (Answers at the back show you how you're doing.) Famous for their clarity, wealth of illustrations and examples--and lack of dreary minutiae--Schaum's Outlines have sold more than 30 million copies worldwide. This guide will show you why!

《数值分析基础》 本书旨在为读者提供一个坚实而全面的数值分析理论基础,以及一系列实用且高效的数值计算方法。本书内容涵盖了从基础的误差分析到复杂的微分方程数值求解,力求使读者在理解核心概念的同时,能够掌握将理论应用于实际问题的能力。 第一部分:误差分析与方程求根 本部分首先深入探讨数值计算中的核心问题——误差。我们将详细介绍不同类型的误差,包括截断误差、舍入误差和绝对误差、相对误差等,并阐述它们在计算过程中的传播和累积机制。理解误差的来源和性质是进行可靠数值计算的前提,我们将提供多种方法来量化和控制误差,确保计算结果的准确性。 紧接着,我们将聚焦于求解方程的数值方法。对于单方程的根,我们将介绍并分析插值法(如二分法、假位法)、不动点迭代法以及更高效的牛顿法和割线法。对于这些方法的原理,我们将进行详细推导,并探讨它们的收敛性、收敛速度以及各自的优缺点。此外,本书还将涉及多项式方程的根的求解,以及非线性方程组的数值解法,例如多维牛顿法。 第二部分:插值与逼近 插值是数值分析中一个极其重要的工具,它允许我们在离散的数据点之间构建一个函数,该函数通过所有给定点。本部分将系统介绍各种插值方法,包括拉格朗日插值、牛顿插值以及分段插值(如三次样条插值)。我们将分析这些方法的构造过程,探讨插值多项式的性质,并分析它们的误差界。 除了精确通过数据点的插值,我们还将研究函数逼近问题。在许多实际应用中,我们可能无法得到精确的函数,或者需要用一个更简单的函数来近似一个复杂的函数。本书将介绍最佳逼近的概念,特别是最小二乘逼近,并讨论在不同范数下的逼近问题,例如L2范数下的多项式逼近。 第三部分:数值积分与微分 数值积分是用于近似计算定积分值的方法,尤其在被积函数形式复杂或积分区间不确定时尤为有用。本部分将从基础的梯形法则和辛普森法则讲起,详细介绍它们的基本原理、构造方法和误差分析。在此基础上,我们将介绍更高级的复化求积公式和自适应求积方法,以及高斯求积公式,探讨它们在提高积分精度方面的优势。 数值微分则关注如何利用离散数据点来近似计算导数。我们将介绍基于有限差分的数值微分方法,包括前向差分、后向差分和中心差分,并分析它们的精度和适用范围。 第四部分:线性方程组的数值解 线性方程组是科学与工程领域中普遍存在的问题。本部分将深入探讨求解大型稀疏或稠密线性方程组的各种数值方法。我们将首先介绍直接法,如高斯消元法及其改进形式(如LU分解),分析它们的计算复杂度和稳定性。 随后,我们将重点介绍迭代法,这是求解大型线性方程组的常用且高效的方法。我们将详细讲解雅可比迭代法、高斯-赛德尔迭代法以及超松弛迭代法(SOR)。对于每种迭代方法,我们将推导其迭代公式,分析其收敛条件和收敛速度,并提供选择和优化迭代参数的指导。 第五部分:特征值与特征向量的计算 在许多应用中,求解矩阵的特征值和特征向量至关重要。本部分将介绍计算特征值和特征向量的常用数值方法。我们将从幂法和反幂法开始,介绍它们的基本思想和迭代过程,以及如何计算主特征值和对应的特征向量。 对于对称矩阵,我们将介绍QR算法,这是一个非常强大且广泛应用的算法,能够同时计算所有特征值和特征向量。我们将详细阐述QR分解在QR算法中的作用,并分析其收敛性。此外,我们还将简要介绍其他一些计算特征值和特征向量的方法,例如雅可比方法。 第六部分:常微分方程的数值解 常微分方程(ODE)的数值解法是处理许多动力学系统和建模问题的关键。本部分将系统介绍求解初值问题(IVP)的各种数值方法。我们将从最简单的欧拉法开始,深入理解其原理、构造和一阶精度。 接着,我们将介绍更精确的方法,如改进欧拉法(也称斜率法)和龙格-库塔法(RK法),特别是经典的四阶龙格-库塔法(RK4)。我们将详细推导这些方法的迭代公式,分析它们的截断误差和收敛阶。 对于求解刚性方程组(stiff ODEs),我们将介绍隐式方法,如向后欧拉法,并简要讨论线性多步法。本书将强调选择合适方法的考虑因素,如精度要求、计算效率和方程的性质。 第七部分:数值分析的应用与展望 本书的最后部分将探讨数值分析在不同领域的实际应用,例如物理模拟、工程计算、数据科学、金融建模等。我们将通过一些具体的例子来展示数值方法是如何解决实际问题的。 此外,本部分还将对数值分析的最新发展和未来趋势进行展望,包括大规模数据处理中的数值计算、机器学习中的优化算法、以及高精度计算的挑战等。 本书的编写风格注重理论的严谨性与实践的可操作性相结合,力求通过清晰的讲解、详细的推导和恰当的例证,帮助读者建立扎实的数值分析知识体系,并为他们进一步学习更高级的数值方法和解决更复杂的科学工程问题打下坚实的基础。

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读后感

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用户评价

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我得承认,我是一个对理论推导深恶痛绝的实践派,通常拿到一本数学书,我最先关注的就是附录里的代码示例或者应用案例。这本书在这方面做得相当出色,它没有陷入那种纯理论的泥潭,而是非常务实地展示了如何将这些数值方法落地。它不像某些学术专著那样,把每一种方法的收敛性分析写得像哲学论文一样晦涩难懂,而是直接告诉你:“如果你需要解决这类问题,用这个方法,它的优缺点和适用范围是什么。” 这种“工具箱”式的编写风格极大地提高了学习效率。我尤其喜欢它对误差分析的处理,通常误差分析是数值分析中最令人头疼的部分,但这本书似乎有种魔力,能将那些复杂的误差项变得可以触摸和量化。当你尝试自己编写一个有限差分求解器时,这本书提供的背景知识和校验案例,就像一个可靠的GPS导航系统,让你在偏离正确轨道时能迅速修正方向。它教会的不是“记住公式”,而是“理解公式背后的计算代价和稳定性”。对于工程背景的学生来说,这种注重实用性的切入点,比单纯的数学推导要来得亲切和有价值得多。

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我必须提到这本书的配套习题部分,这是衡量一本优秀参考书的试金石。许多号称“全面”的教材,其习题往往要么过于简单,只是对公式的简单套用;要么是难度呈断崖式上升,让人摸不着头脑。这本书的习题设计展现出一种成熟的教学智慧。它们从最基础的理解性练习开始,循序渐进地过渡到需要综合运用多个知识点的中等难度问题,最后总会有一两个需要你真正动脑筋去思考算法局限性和改进方向的挑战题。这些习题的价值在于,它们不是孤立的计算任务,而是对特定数值方法的应用场景的微型模拟。当我解完一个关于雅可比迭代法的习题时,我不仅知道了如何计算下一轮的近似值,更深刻理解了为什么在某些矩阵情况下这个方法会发散。对于那些希望通过练习来巩固知识的学习者来说,这本书提供的不仅仅是题海,而是一套精心设计的“技能树升级路径”。它确保了你在掌握了基础工具后,不会轻易被那些略微复杂或带有一点“陷阱”的问题所困住。

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这本书的排版和设计本身就是一种美学体现,它成功地在信息密度和可读性之间找到了一个近乎完美的平衡点。市面上很多数学参考书,要么是极简到连个清晰的定义都找不到,要么是密密麻麻如同小论文摘要,让人望而生畏。而这本大纲,你翻开任何一页,都能立刻定位到你想要查找的核心概念或定理。它使用粗体、斜体和不同的排版块来区分定义、定理、注释和习题,这种视觉层次感极大地减轻了阅读疲劳。我经常在深夜赶项目时翻阅,眼睛不会像看其他教材那样很快酸涩。更重要的是,它对关键公式的展示方式非常考究,公式的编号、推导过程的省略点,都处理得非常得体,既保持了严谨性,又不至于冗长。我甚至把它当作一本“随身字典”放在手边,遇到任何关于插值、数值积分或者特征值计算的疑问,都能在几秒钟内找到精确的定义和最常用的公式形式。这种高效的信息检索能力,在快节奏的学习和工作中,是比任何高深理论都更实在的帮助。

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这本书简直是给那些在数学的汪洋大海里挣扎的人们送来的一盏明灯,尤其是在面对那些抽象得让人头皮发麻的数值分析概念时。我最初拿到它的时候,心里其实是抱着一丝怀疑的,毕竟“大纲”这个词听起来总像是那种为了应付考试而拼凑出来的速成手册,缺乏深度和精髓。然而,事实证明我的担忧是多余的。它以一种近乎神奇的方式,将那些复杂的算法和理论拆解成了清晰、易懂的模块。那些原本需要花费数小时在教科书上苦苦琢磨的积分近似、线性方程组的迭代解法,在这里被组织得井井有条,每一步的逻辑推导都像有人耐心地牵着你的手,一步步走过迷宫。我特别欣赏它在例题选择上的精准性,它们不是那种为了炫技而存在的、计算量庞大的怪物,而是恰到好处地突显了核心思想的载体。对于自学者来说,这种结构上的清晰度是无价的,它允许你根据自己的节奏来吸收知识,而不是被厚厚的文字墙淹没。它给人的感觉更像是一位经验丰富的导师,在你需要的时候,用最直白的语言点破那些隐藏在公式背后的物理或几何意义,让你真正“看见”了数值分析的运作原理,而非仅仅停留在符号操作的层面。

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这本书最让我感到惊喜的一点,是它对现代计算环境的隐晦提及和对数值稳定性的持续强调。在很多老派的数值分析教材中,对计算资源的限制似乎还停留在上个世纪,它们给出的方法虽然数学上完美,但在实际的浮点运算中却可能造成灾难性的后果。这本书在讲解诸如病态问题、舍入误差累积时,明显融入了现代计算机科学的视角。它不会像纯计算机科学的书那样只谈代码实现,而是巧妙地将数学原理与计算机的有限精度特性结合起来。比如在讲解最小二乘法时,它会自然而然地引向QR分解而不是简单的正规方程组,这背后体现的就是对数值稳定性的深刻考量。这种前瞻性的视角,让这本书的内容不仅适用于当前的课程学习,更具备长久的参考价值,因为它触及了数值计算的本质——如何在不完美的机器上,以可控的误差去逼近真实世界的解。对于任何想要从事数据科学、工程模拟或者高级计算工作的人来说,这种对“实践可行性”的重视,远比那些华丽的理论修饰来得重要得多。

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