应用数学

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出版者:西南交通大学出版社
作者:尹志平 主编
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:
价格:22元
装帧:平装
isbn号码:9787564333027
丛书系列:
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  • 计算数学
  • 数学模型
  • 数值分析
  • 优化方法
  • 概率统计
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具体描述

《应用数学》是一本旨在为读者提供扎实数学基础,并指导如何将其应用于解决现实世界问题的综合性教材。本书跳出了纯理论的束缚,将数学的抽象概念与工程、经济、金融、科学研究等多个领域的实际挑战紧密结合。 全书共分为十二章,内容循序渐进,逻辑严谨。 第一章:数学建模基础 本章作为全书的基石,深入浅出地介绍了数学建模的核心思想和基本流程。我们将从理解问题、抽象化、建立数学模型、求解模型、解释结果以及模型验证等多个层面进行剖析。通过一系列简单但典型的案例,如人口增长模型、传染病传播模型、简单经济供需模型等,帮助读者掌握如何将非数学性的问题转化为数学语言,并理解模型建立过程中所蕴含的各种假设和局限性。本章强调的是“思考”过程,而非死记硬背公式,旨在培养读者用数学的视角观察世界的能力。 第二章:线性代数在应用中的体现 线性代数是解决许多实际问题的强大工具。本章将重点讲解向量、矩阵、线性方程组、特征值与特征向量等核心概念,并通过丰富的应用场景来阐释其重要性。例如,我们将探讨线性方程组在电路分析、图论中的应用;介绍矩阵在图像处理、数据降维(如主成分分析PCA)中的作用;以及特征值和特征向量在振动分析、量子力学中的关键地位。读者将学习如何使用矩阵运算来简化复杂问题,并理解其在现代计算科学中的广泛应用。 第三章:微积分及其在动态系统中的应用 微积分是描述变化率和累积量的语言。本章将涵盖微分和积分的基本原理,并着重探讨其在描述和分析动态系统中的强大力量。我们将讲解导数在优化问题(如成本最小化、利润最大化)、速率计算、曲线拟合中的应用;积分则用于计算面积、体积、功以及累积效应。特别地,本章会深入介绍微分方程,这是描述各种自然和社会现象(如弹簧振动、热传导、金融市场波动)的数学模型。读者将学习如何建立和求解简单的微分方程,以预测和理解系统的演变过程。 第四章:概率论与统计推断 在信息爆炸的时代,理解随机性和不确定性至关重要。本章将带领读者走进概率论的殿堂,从概率的基本概念、随机变量、概率分布(如二项分布、泊松分布、正态分布)入手,逐步深入到统计推断。我们将讲解参数估计、假设检验、置信区间等统计方法,并展示它们在数据分析、质量控制、风险评估、医学诊断等领域的实际应用。读者将学会如何从样本数据中提取有用的信息,并做出科学的推断。 第五章:数值方法与计算 许多数学模型在理论上可以建立,但在实际中往往难以获得精确解。本章将介绍一系列实用的数值方法,用于近似求解数学问题。我们将探讨根的逼近(如二分法、牛顿法)、数值积分(如梯形法则、辛普森法则)、数值微分以及求解线性方程组的迭代方法。这些方法在计算机科学、工程模拟、科学计算中扮演着不可或缺的角色。本章强调的是算法的理解和实现,让读者能够利用计算工具来解决复杂的数学难题。 第六章:优化理论与方法 优化是寻找最优解的过程,在科学、工程、管理等领域无处不在。本章将系统介绍优化理论的基本概念,包括目标函数、约束条件、局部最优和全局最优。我们将重点讲解线性规划、非线性规划、整数规划等常见的优化模型,并介绍相应的求解算法,如单纯形法、梯度下降法、拉格朗日乘子法等。通过实际案例,如资源分配、生产调度、投资组合优化,读者将学会如何构建和求解优化问题,以达到效率和效益的最大化。 第七章:离散数学及其在计算机科学中的应用 离散数学是研究离散对象的数学分支,与计算机科学息息相关。本章将涵盖集合论、图论、组合学、逻辑等核心内容。我们将讲解图论在网络设计、算法分析、社交网络分析中的应用;组合学在计数、排列、概率计算中的作用;以及逻辑在程序设计、人工智能中的基础地位。读者将通过学习离散数学,为理解算法、数据结构以及计算的本质打下坚实基础。 第八章:复变函数及其在物理和工程中的应用 复变函数是处理具有复数变量的函数的数学理论,在许多物理和工程领域展现出非凡的解决问题的能力。本章将介绍复数、复变函数、解析函数、复积分、留数定理等基本概念。我们将深入探讨复变函数在流体力学(如求解流场)、电磁学(如分析场分布)、信号处理(如傅里叶变换的复数形式)等领域的应用。读者将发现复变函数能够简化原本棘手的实数问题,提供更深刻的洞察。 第九章:偏微分方程及其在多变量问题中的建模 偏微分方程是描述涉及多个自变量的函数及其偏导数的方程,是分析复杂物理现象的有力工具。本章将介绍一些重要的偏微分方程,如热方程、波动方程、拉普拉斯方程,并探讨它们在热传导、波传播、静电场等现象中的物理意义。我们将介绍求解这些方程的常用方法,如分离变量法、傅里叶级数展开、数值方法。本章旨在培养读者利用偏微分方程来构建和分析多变量的物理和工程模型的能力。 第十章:时间序列分析与预测 时间序列数据广泛存在于经济、金融、气象、环境监测等领域,揭示了事物随时间变化的规律。本章将介绍时间序列的基本概念、平稳性、自相关性等特性。我们将讲解常用的时间序列模型,如ARIMA模型,以及相关的预测方法。通过实际数据集的分析,读者将学会如何对时间序列数据进行建模、分析和预测,从而为决策提供支持。 第十一章:图论与网络分析 图论作为离散数学的重要分支,在描述和分析事物之间的关系方面具有独特优势。本章将深入探讨图的基本概念、图的遍历、最短路径算法(如Dijkstra算法、Floyd-Warshall算法)、最小生成树算法(如Prim算法、Kruskal算法)等。我们将重点展示图论在社交网络分析、交通网络优化、物流配送、信息传播等领域的广泛应用,帮助读者理解和解决网络结构相关的问题。 第十二章:案例研究与综合应用 本章通过一系列具有代表性的综合性案例,将前面各章所学的知识融会贯通。我们将选取跨学科的实际问题,例如,如何使用优化方法和数值计算来设计一个高效的物流配送系统;如何运用概率统计和时间序列分析来预测股票市场的走向;如何结合微分方程和数值方法来模拟气候变化。这些案例不仅是知识的巩固,更是思维方式的训练,旨在激发读者将所学数学工具灵活应用于解决现实世界中更复杂、更具挑战性的问题。 《应用数学》力求在理论深度和实践应用之间取得平衡,让读者在掌握数学工具的同时,更能体会到数学在驱动科学进步、技术创新和解决社会问题中的核心价值。本书适合大学本科生、研究生以及对应用数学感兴趣的工程师、科研人员和专业人士阅读。

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翻开这本书,一股浓厚的、上世纪七八十年代教材的味道扑面而来。它的语言风格是极其正式和干燥的,每一个句子都力求精确无误,但却牺牲了所有的可读性和吸引力。书中几乎看不到任何有助于理解的类比、启发性的图形或者历史背景介绍。例如,在介绍拉普拉斯变换的应用时,它只是机械地列举了使用条件和公式,但完全没有解释为什么拉普拉斯变换能够如此有效地将微分方程转化为代数方程,这种“知其然不知其所以然”的教学方式,对于培养解决问题的直觉是极其有害的。我希望能看到一些关于这些数学工具是如何被发现、最初是为了解决什么现实难题而诞生的故事,这能极大地激发学习的兴趣。然而,这本书里只有冰冷的定义、冗长的证明和被高度简化的应用场景。读起来就像是在啃一块没有调味的干面包,虽然知道里面有营养,但吞咽的过程却充满了痛苦和乏味,让人很难坚持下去。

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这本书在组织结构上存在一个非常明显的问题,那就是缺乏一个清晰的、循序渐进的学习路径。它更像是一系列独立数学分支的“论文合集”,而非一个连贯的知识体系。你会发现,第一章讲的是傅里叶分析,第二章突然跳跃到非线性偏微分方程的变分法,紧接着第三章又回过头来讨论离散傅里叶变换的快速算法,但前后章节之间的知识点衔接非常生硬,几乎没有起到相互印证或递进的作用。我发现自己不得不频繁地在不同章节之间来回翻阅,试图在脑海中拼凑出一条逻辑主线,但这极大地干扰了阅读的流畅性。特别是对于初学者而言,这种跳跃性的编排简直是灾难性的。它没有给出一个“应用数学是什么”的宏观视角,而是直接将读者扔进了具体的工具箱里,却不告诉他们哪个工具应该在什么时候,对什么样的问题使用。结果就是,学完这本书,我可能知道很多数学工具的名称和公式,但真遇到一个实际问题时,我依然无法自信地判断:我到底应该用第五章的方法,还是第十章的框架来建模?

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关于这本书在“案例研究”部分的设计,我必须提出强烈的保留意见。通常,一本应用数学的书,其价值很大程度上体现在它如何巧妙地将抽象的数学工具与真实的工程、金融、生物等领域的复杂性结合起来。然而,《应用数学》这本书中的所谓“应用案例”,很多都显得非常刻意和虚假。它们通常以一种教科书式的完美前提开始:数据是完整的、噪声是可忽略的、系统是线性的。比如,在关于有限元方法的讨论中,它只展示了一个二维均匀网格下的简单结构应力分析,并且在计算过程中,所有边界条件都被设定为最理想化的零位移。我迫切想看到的是,当网格变得极度不规则、材料属性出现梯度变化,或者输入信号带有大量高频干扰时,这些方法会遇到哪些实际的数值稳定性问题,以及数学家们是如何设计出鲁棒性强的算法来应对这些“不完美”的。这本书提供的解决方案,仿佛是生活在真空中的理论模型,一旦接触到现实世界的“空气摩擦”,其有效性便大打折扣,让人感觉自己学到的知识是悬浮在空中的,难以落地生根。

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说实话,这本书的装帧设计和印刷质量确实无可挑剔,纸张的触感和字体的清晰度都是顶级的,这在厚重的学术书籍中是难得的优点。但是,内容上的体验却让我感到一种强烈的割裂感。它似乎试图在纯数学的严谨性和跨学科的应用性之间架起一座桥梁,但这座桥梁的结构设计非常不合理。一方面,它在介绍概率论和数理统计时,引用的案例都是基于一个理想化的、完全正态分布的假设,对于处理金融市场中那些典型的“肥尾”现象或者设备故障中常见的非对称分布问题,它提供的工具箱显得过于简陋和天真。我尝试着将书中介绍的马尔可夫链模型应用到我们部门的库存管理流程中,结果发现,由于模型假设了状态转移概率是恒定不变的,完全无法捕捉到季节性波动和突发事件的影响。更令人沮丧的是,书中对软件实现和计算效率的讨论几乎是零。当我们这个时代,计算能力已不再是瓶颈,算法的效率和对大规模数据的处理能力才是关键时,这本书仍然沉溺于手算验证的步骤,导致读者无法从中学习到任何现代数值计算的技巧,例如并行化处理或者特定算法的优化策略。

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这本《应用数学》的书,拿到手的时候,我的期待值其实挺高的,毕竟“应用”这两个字就带着一股子解决实际问题的劲头。然而,读完第一部分,我开始有点摸不着头脑了。它大量篇幅都在讨论一些高度抽象的代数拓扑概念,那些符号和公式密集得像是在阅读一份加密文件。我理解理论基础的重要性,但对于一个期待看到如何用微积分解决工程优化问题的读者来说,这些枯燥的理论推导实在让人昏昏欲睡。书中的例题设置也显得非常“学院派”,常常是为了展示某个定理的普适性而构造出来的完美环境,与我日常工作中遇到的那些数据不完整、边界条件模糊的真实场景相去甚远。例如,书中用了整整三章来论证某个特定积分方程解的存在性和唯一性,过程中引用的参考文献跨越了上个世纪的多个数学流派,这对于急需掌握快速求解数值方法的工程师来说,无异于舍近求远。我甚至怀疑,编写者是不是更倾向于一个纯粹的数学理论探讨,而将“应用”二字仅仅看作是装饰性的标签,而非核心导向。整体感觉上,这本书更像是一本准备送给博士研究生的进阶教材,而不是面向广泛工程技术人员的实用工具书,那种渴望在实践中找到数学魅力的初衷,在这里几乎没有得到满足。

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