Analytical Molecular Biology

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出版者:Springer
作者:Tai Te Wu
出品人:
页数:271
译者:
出版时间:2001-08-31
价格:USD 169.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780792374473
丛书系列:
图书标签:
  • 分子生物学
  • 分析化学
  • 生物技术
  • 基因组学
  • 蛋白质组学
  • 生物信息学
  • 核酸
  • 生物医学
  • 实验室技术
  • 生命科学
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具体描述

Analytical Molecular Biology illustrates the importance of simple analytical methods applied to some basic molecular biology problems, with an emphasis on the importance of biological problems, rather than the complexity of mathematics. First, the book examines crucial experimental data for a specific problem. Mathematical models will then be constructed with explicit inclusion of biological facts. From such models, predictions can be deduced and then suggest further experimental studies. A few important molecular biology problems will be discussed in the order of the complexity of the mathematical models. Based on such illustrations, the readers can then develop their own analytical methods to study their own problems. This book is for anyone who knows they need to learn how to apply mathematical models to biology, but doesn't necessarily want to, from practicing researchers looking to acquire more analytical tools to advanced students seeking a clear, explanatory text.

书籍:《量子计算导论:从基础原理到前沿应用》 作者: 艾琳·卡特 (Erin Carter) 出版社: 普林斯顿大学出版社 出版年份: 2024 年 ISBN: 978-0-691-25187-0 --- 内容简介:深入探索量子信息与计算的革命性领域 《量子计算导论:从基础原理到前沿应用》是一部全面、严谨且富有洞察力的专著,旨在为物理学、计算机科学、数学以及相关工程领域的学生、研究人员和专业人士提供进入量子计算前沿的坚实桥梁。本书的核心目标在于,以清晰的逻辑结构和详尽的数学推导,系统地阐述支撑量子计算的理论基础、关键算法、硬件实现面临的挑战,以及其在未来科技领域中的潜在颠覆性影响。 本书的结构设计遵循由基础概念向复杂应用层层递进的原则,确保读者在没有深厚量子力学背景的情况下,也能逐步掌握核心要义。 第一部分:量子力学的数学基础与信息表述(第 1 章 – 第 4 章) 本部分着重于构建读者理解量子计算的必要数学框架,避免陷入纯粹的物理学细节,而聚焦于信息论的视角。 第 1 章:经典信息与量子比特 (Qubit) 的引入 本章首先回顾了经典信息论的基础,包括比特、信息熵和图灵机模型。随后,正式引入量子比特的概念,阐释其作为二维复向量空间中的状态矢量表示。详细讨论了狄拉克符号 (Bra-Ket Notation) 的规范用法及其在描述多粒子系统中的关键作用。重点分析了量子比特的叠加态特性,并用几何图像(如布洛赫球 (Bloch Sphere))直观地展示了单量子比特状态空间的结构。 第 2 章:张量积与多量子比特系统 复杂量子系统的描述依赖于张量积。本章深入探讨了张量积在线性代数中的定义、性质及其在组合多个量子比特形成复合系统中的应用。详细分析了 $N$ 个量子比特系统的希尔伯特空间维度呈指数增长的特性。关键内容包括可分离态 (Separable States) 与纠缠态 (Entangled States) 的数学判据,特别是利用约化密度矩阵 (Reduced Density Matrix) 来量化纠缠程度的方法。 第 3 章:量子门与酉变换 量子计算的操作是通过幺正演化来实现的,即量子门 (Quantum Gates)。本章全面系统地介绍了构建通用量子计算的基础门集。详细分析了 泡利矩阵 家族(X, Y, Z)、哈达玛门 (Hadamard Gate) 在产生叠加态中的作用,以及相位门 (Phase Gates)。重点推导了构建通用量子门集所需的最少门组合,例如 $ ext{Toffoli}$ 门和 $ ext{CSOT}$ 门,并证明了它们在逻辑电路构建中的完备性。 第 4 章:测量与量子态的坍缩 量子信息处理的最终步骤是测量。本章细致讨论了波恩定则 (Born Rule),即测量概率的定量计算。深入剖析了投影公设 (Projection Postulate),即测量如何导致量子态的非酉演化和坍缩。此外,还引入了量子信息熵和冯·诺依曼熵 (von Neumann Entropy),用以量化混合态的无序程度,区分纯态与混合态。 第二部分:核心算法与量子加速(第 5 章 – 第 7 章) 本部分是全书的核心,聚焦于展示量子计算相较于经典计算的潜在优势,并通过对著名算法的深入解析来实现这一目标。 第 5 章:量子并行性与 Deutsch-Jozsa 算法 本章介绍了量子计算区别于经典计算的根本性特征——量子并行性 (Quantum Parallelism)。通过对 Deutsch-Jozsa 算法 的完整构建与分析,读者将首次直观地理解量子算法如何在一次查询中获取多项输入信息的结果,并在特定情况下实现指数级加速。本章详细推导了该算法所需的量子电路图和复杂度分析。 第 6 章:秀尔算法 (Shor’s Algorithm) 与因子分解 这是量子计算领域最具革命性的算法。本章用大量的篇幅详细拆解了 Shor 算法 的工作流程,它依赖于 量子傅里叶变换 (Quantum Fourier Transform, QFT)。首先,系统地介绍了 QFT 的构造、效率及其与经典离散傅里叶变换 (DFT) 的对比。随后,解释了如何利用 QFT 解决周期查找问题 (Period Finding Problem),并将其转化为整数因子分解问题。本章对算法的渐近复杂度进行了严格的比较分析,明确指出其对现有公钥加密体系的威胁。 第 7 章:格罗弗搜索算法 (Grover’s Algorithm) Grover 算法为非结构化数据库搜索提供了平方级的加速。本章详细阐述了该算法的两个关键组件:扩散算符 (Diffusion Operator) 和振幅放大 (Amplitude Amplification) 技术。通过几何迭代的角度,直观解释了该算法如何系统地将目标解的概率幅值逐步增强。本章对比了 Grover 算法在不同规模问题上的表现与经典穷举搜索的性能差异。 第三部分:量子计算的实现与前沿挑战(第 8 章 – 第 10 章) 本部分从理论转向工程实践,探讨了构建和运行实际量子计算机所面临的物理障碍和理论前沿。 第 8 章:量子纠错码与容错计算 量子系统的固有脆弱性使得退相干 (Decoherence) 成为实现大规模计算的主要瓶颈。本章深入讨论了量子纠错 (Quantum Error Correction, QEC) 的必要性。详细介绍了 Shor 码 和 表面码 (Surface Codes) 的基本原理,特别是表面码如何通过编码信息到多个物理量子比特上来实现对局部错误的容忍。本章阐述了实现容错通用量子计算 (Fault-Tolerant Quantum Computation, FTQC) 的基本门操作要求。 第 9 章:物理量子比特的实现平台 本章对当前主要的几种物理实现平台进行了客观的比较和评估。内容涵盖: 1. 超导电路 (Superconducting Circuits):基于约瑟夫森结,讨论了相干时间与门保真度的挑战。 2. 离子阱 (Trapped Ions):利用激光冷却的离子作为量子比特,其高连接性和保真度的优势。 3. 光量子计算 (Photonic Systems):基于光子的路径或偏振编码,以及在室温下运行的潜力。 4. 拓扑量子计算 (Topological Quantum Computing):简要介绍其理论优势——内在的抗噪能力。 第 10 章:量子模拟与NISQ时代的计算 在通用、容错计算机问世之前,含噪声中等规模量子 (NISQ) 设备占据主导地位。本章探讨了如何利用这些有限能力的设备进行量子模拟 (Quantum Simulation),尤其是在材料科学和化学领域(如分子基态能量计算)。重点介绍 变分量子本征求解器 (Variational Quantum Eigensolver, VQE) 等混合量子-经典算法的设计范式,展示了当前研究如何努力榨取现有硬件的全部潜力。 --- 本书特色 《量子计算导论》不仅是一本理论教科书,更是一份对未来技术蓝图的审慎规划。作者以其深厚的物理学和信息论背景,确保了对纠缠的深刻理解和对算法加速原理的精确量化。本书特别强调了从基础的线性代数到复杂的量子电路设计的严密逻辑链条,避免了对物理过程的过度美化,而是专注于可计算性和计算复杂性理论的交叉点。对于寻求理解量子信息科学全貌的研究生和高级工程师而言,本书是不可或缺的工具书。

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读后感

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用户评价

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这本书的价值,不仅仅在于它传授了多少“知识点”,更在于它塑造了一种“分析思维”。我过去常常陷入实验操作的细节泥潭,对数据背后的意义感到模糊。这本书却强迫我跳出来,以一个“数据科学家”的视角去审视生物现象。举个例子,书中关于蛋白质-蛋白质相互作用网络的拓扑结构分析部分,作者不仅仅展示了如何使用图论来建模,更重要的是,他探讨了在特定生理条件下,网络中心蛋白的丢失会对整个系统稳定性产生何种非线性的冲击。这种从微观的分子事件推导到宏观的系统行为的思维路径,是很多侧重于实验技术的书籍所缺乏的。阅读过程中,我常常会停下来,拿起纸笔,尝试自己推导书中的某个简化模型,这种主动的参与感极大地提升了学习效率。它教会了我如何用最少的实验数据,提取出最大的生物学信息,这是一种近乎艺术的提炼能力。

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我最近在准备一个关于表观遗传调控机制的综述,手头搜集了不少文献,但总感觉缺乏一个能将各个碎片化的信息系统整合起来的框架。幸运的是,这本书恰好提供了这样一个宏大的视角。它对染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)数据的峰值检测和背景校正的讨论,简直是教科书级别的权威。作者没有停留在描述ChIP-seq本身,而是深入剖析了如何通过贝叶斯统计方法来评估转录因子结合位点的真实性,这对于我理解基因调控的动态变化至关重要。这本书的行文风格非常沉稳,带着一种老派学者的风范,句子结构复杂但语义精准,几乎没有一句废话。读起来需要全神贯注,因为任何一个漏读都可能导致对后续复杂概念理解的偏差。它就像一座精心规划的知识迷宫,每走一步,都需要对已有的知识点进行精确的回溯和校验。对于任何想在分子信号通路研究领域深耕下去的人来说,这本书提供的分析工具箱是无可替代的宝藏。

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这本书的封面设计简直是一场视觉的盛宴,那种深邃的蓝色调与分子结构的抽象线条交织在一起,透露出一种既严谨又充满神秘感的学术气息。我一拿到手,就被它精美的排版和清晰的图表所吸引。翻开第一页,作者的引言就给人一种强烈的信号:这不是一本泛泛而谈的入门读物,它直指分子生物学核心的分析层面。内容编排上,逻辑性极强,从基础的核酸结构解析,到复杂的蛋白质相互作用动力学,每一步的过渡都如同精心编织的丝线,顺滑而有力。尤其是关于高通量测序数据处理的那几章,作者似乎是倾尽了毕生心血,不仅详细阐述了算法原理,还给出了大量的实际案例分析,让我这个长期在实验室与数据搏斗的人,有种“相见恨晚”的激动。书中的案例都非常贴近前沿研究热点,比如新型基因编辑技术的精确定量分析,读完之后,我感觉自己对如何设计更健壮的实验方案有了更深一层的理解,这远超出了我预期中一本教材所能提供的价值。它更像是一位资深研究员的私密笔记,充满了实践智慧和对细节的极致追求。

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这本书的装帧和纸张质量非常出色,即使在强光下阅读,那些密集的公式和图表也丝毫不会反光刺眼,这对于需要长时间面对书本的读者来说,是一个非常贴心的设计细节。内容方面,我特别欣赏作者在讨论分子探针设计和信号放大技术时所展现出的那种追求极致灵敏度和特异性的精神。他详细对比了不同标记技术(如荧光、酶标、放射性标记)在定量分析中的系统误差来源,并且提供了一套详尽的误差修正流程。这种近乎偏执的对准确性的追求,让我对未来自己设计相关实验时,能更加自信地控制变量。这本书无疑是分子生物学分析领域的“圣经”级别著作,它不是用来快速浏览的,而是需要被反复研读、被标记、被画满笔记的工具书。它的份量和内容的密度,确保了它在我的书架上会占据一个不可动摇的、最容易够到的位置,随时准备为下一次的实验设计提供最坚实的理论后盾。

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说实话,初次接触这本书时,我有点被它的深度“劝退”了。这绝不是为初学者准备的“面包屑学习法”读物。它假定读者已经对分子生物学有了一定的基础认知,然后直接跳入那些最令人头疼的数学模型和统计学推断中。比如,书中对实时荧光定量PCR数据拟合曲线的非线性回归分析部分,我足足花了三天时间才勉强啃下来。那些公式和变量的堆砌,初看之下令人气馁,但一旦跟上作者的思路,你会惊叹于作者如何将原本抽象的生物学过程,用如此精确的数学语言进行了量化。它成功地将“观察”与“测量”之间的鸿沟搭建了起来。更令人称赞的是,作者在讨论方法局限性时,毫不避讳地指出了当前主流分析方法的“盲点”,并提出了替代性的视角。这种批判性的思考方式,极大地拓宽了我看待实验结果的维度,让我不再满足于“看起来正确”的图表,而是开始追问“这个图表背后的统计显著性和生物学合理性究竟如何支撑”。

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