Biomedical Calculations

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出版者:
作者:Burton, Richard
出品人:
页数:310
译者:
出版时间:2008-10
价格:398.00元
装帧:
isbn号码:9780470519110
丛书系列:
图书标签:
  • 生物医学计算
  • 医学统计
  • 生物统计
  • 数据分析
  • 计算生物学
  • 生物信息学
  • 医学研究
  • 科研工具
  • 统计学
  • 实验设计
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具体描述

"It is said if you take care of the pennies, the pounds will take care of themselves. Richard Burton's excellent book takes this approach to calculations applied to the biomedical sciences…This is certainly interesting and engaging but it avoids being complicated." –Journal of Biological Education, April 2009 Biomedical Calculations: Principles and Practice is an accessible, student-friendly introduction to calculating, applying formulae and solving quantitative problems within these subjects. This book targets a problem area for many students and aims to give them the confidence which they are so often lacking when undertaking scientific calculations. It takes a unique approach to the subject and uses unit analysis as a central theme throughout the book to enhance student understanding. Clearly structured throughout, little basic knowledge of mathematics is assumed, but even the most numerate readers will be interested in the sometimes-novel biological detail. Numerous worked examples, supplementary questions and practice problems are provided and although the book is written to be read in sequence, it will also be a useful reference. The central theme of the book focuses on the value of unit analysis in solving quantitative problems, with explanations on how to avoid errors in calculations and in checking, understanding and deriving formulae and equations. As a background to this, there is extensive treatment of physical units, both individually (e.g. kg, m, mmol) and in combination (e.g. m s¯², mmol L¯¹), and also of other aspects of quantitative thinking. A variety of topics (mostly from physiology, pharmacology and biochemistry) are used to demonstrate these calculations in practice. Key features: An accessible, student-friendly introduction for all those hesitant in calculating, applying formulae and solving quantitative problems An innovative approach to scientific calculations and how to work with unfamiliar formulae for the biomedical and life sciences Includes modern, up to date definition of pH eliminating the need for logarithms and a discussion of the importance of pH Clear introduction on how to use the book, guidance on units and unit conversion, and an appendix on basic mathematics and notation Use of unit analysis as a central theme Includes numerous worked examples and supplementary questions throughout the text to enhance student understanding

深入洞察经典物理学:探索宇宙运行的基石 本书旨在为物理学爱好者、本科生以及希望系统回顾经典物理学核心概念的专业人士,提供一本全面、深入且极具启发性的教材。 我们将目光聚焦于自牛顿力学奠基以来,物理学如何通过一套严谨的数学框架,成功地描述和预测宏观世界中的运动、能量、场和波的规律。 本书内容组织严谨,从最基本的概念出发,逐步深入到复杂的理论框架,确保读者能够建立起坚实而连贯的知识体系。我们不追求面面俱到,而是着力于提炼那些定义了我们对物质世界理解的核心原理和范式。 --- 第一部分:运动的几何与动力学基础 (Kinematics and Dynamics Foundations) 本部分是构建整个经典物理学大厦的基石。我们不会简单地罗列公式,而是深入探讨这些公式背后的物理意义和数学结构。 第一章:直观的运动描述与向量分析的威力 我们将从最朴素的运动观察开始,定义位移、速度和加速度。重点在于引入矢量分析在三维空间中处理物理量的重要性。我们将详细讲解矢量代数、叉乘和点积在分析二维和三维运动中的应用,特别是如何用极坐标系和柱坐标系来简化曲线运动的分析。对瞬时速度和加速度的严格定义,为后续的微积分在物理学中的应用打下坚实基础。 第二章:牛顿定律的深刻内涵与守恒思想的萌芽 牛顿三定律是理解宏观世界相互作用的起点。本章不仅重申了定律的内容,更着重探讨其在不同参考系下的适用性(伽利略相对性原理)。惯性定律引出了质量的概念,第二定律则揭示了力与动量变化率的精确关系。第三定律的哲学意义——作用与反作用的普遍性——将被详细讨论。此外,本章将引入动量作为描述物体整体运动状态的关键量,并初步探讨系统的动量守恒条件。 第三章:功、能量与保守力的严格定义 能量是物理学中最普适的概念之一。本章的核心在于功-能量定理的推导及其在复杂运动分析中的应用。我们深入研究保守力(如重力和弹簧力)的特性,并引入势能的概念,将其作为一种内在的、与路径无关的能量储存形式。通过对势能函数的分析,我们可以更优雅地解决受力复杂的系统问题。势能的梯度如何指向力的方向,这一点的几何解释是本章的重点之一。 第四章:旋转动力学与角动量 从线运动到转动,我们需要构建一套平行的描述体系。本章将转动视为对刚体的考察,详细定义了转动角位移、角速度和角加速度。扭矩(力矩)作为旋转的“力”,其矢量特性及其与角动量的关系是本章的核心。我们将推导角动量守恒定律,并通过陀螺仪和行星轨道的例子,展示其在宇宙尺度上的统治地位。转动惯量(刚体的质量分布特性)的计算方法,特别是平行轴定理和垂直轴定理,将是解决具体工程问题的关键工具。 --- 第二部分:波动、振动与场的描述 (Oscillations, Waves, and Field Theory) 在理解了物质的运动规律后,我们转向描述自然界中普遍存在的周期性现象和空间中的相互影响。 第五章:简谐振动与阻尼振动 简谐振动(SHM)是所有周期性现象的理想模型。本章将从微分方程的角度严格导出SHM的解,并分析其周期、频率和相位。随后,我们将引入阻尼的概念,分析欠阻尼、过阻尼和临界阻尼三种情况,揭示能量耗散对振动特性的根本影响。最后,本章将探讨受迫振动与共振现象,解释共振在工程和自然界中的重要性和潜在危险。 第六章:机械波的传播与叠加原理 波是能量在介质中传递的有效方式。本章从一维波方程出发,详细描述了横波和纵波的特性,重点分析了波速、波长、频率之间的关系。叠加原理是理解干涉和驻波现象的基石。我们将深入研究驻波的形成机制、节点的物理意义,并分析不同边界条件下的特征模式。傅里叶分析的初步思想也会被引入,以说明复杂波形如何分解为简单的正弦波。 第七章:流体力学的基本方程与宏观流动 本部分将经典力学扩展到连续介质。我们将区分理想流体和粘性流体。伯努利方程作为能量守恒在流体动力学中的体现,将被详细推导和应用,用于解释升力等现象。随后,我们将引入流体的连续性方程和动量方程(纳维-斯托克斯方程的简化形式),探讨层流与湍流的区别,并解决一些典型的静水压力和浮力问题。 --- 第三部分:电磁学的统一框架 (The Unification of Electromagnetism) 电磁学是经典物理学的另一座高峰,它统一了电、磁和光现象。本部分力求清晰地展示麦克斯韦如何将看似不相关的现象整合到一个优雅的数学结构中。 第八章:静电学与高斯定律的几何力量 本章从库仑定律开始,系统阐述电荷的概念。核心在于电场强度的定义及其矢量叠加。高斯定律被视为电场的“散度”形式,它极大地简化了具有高度对称性的电荷分布问题的求解。我们还将详细分析电势的定义,电势与电场强度的梯度关系,以及电容器的储能原理。 第九章:稳恒电流与磁场的起源 本章考察电荷的运动——电流。从欧姆定律出发,我们分析了电阻的微观本质。随后,引入毕奥-萨伐尔定律和安培环路定律(磁场的“旋度”形式),用于计算由稳恒电流产生的磁场。洛伦兹力公式将电磁场对运动电荷的作用力进行了统一描述,是理解电磁探测器和加速器的基础。 第十章:电磁感应与麦克斯韦方程组的完善 法拉第电磁感应定律揭示了变化的磁场如何产生电场(感应电动势)。这是电与磁相互转化的关键。在本章的最后,我们将汇集之前的所有定律,并加上麦克斯韦的位移电流项,形成完整的麦克斯韦方程组。这一整合不仅解释了电磁波的必然存在,更重要的是,它将光确认为一种电磁现象,完成了经典物理学的伟大统一。 第十一章:电磁波的传播与性质 基于麦克斯韦方程组,我们将推导出自由空间中电磁波的波动方程,并求解出其传播速度恰好等于光速的惊人结果。本章将深入探讨电磁波的能流密度(坡印廷矢量),并分析平面波在不同介质界面上的反射与折射,为光学现象的电磁本质提供严格的数学基础。 --- 结语:经典物理学的边界与展望 本书的最后将对我们所学的知识进行总结,强调保守量、对称性和场论这三大支柱如何构筑了我们对宏观世界的理解。同时,我们将简要讨论经典物理学在高速运动(狭义相对论的引入)和微观尺度(量子力学的萌芽)上遇到的局限性,引导读者认识到经典理论作为宏大而精确的近似模型的地位,并展望物理学更广阔的未来。 本书的习题设计注重概念的理解和计算的严谨性,旨在帮助读者真正掌握理论工具,而非仅仅记忆公式。通过对这些经典物理学概念的深度学习,读者将获得一套强大的分析世界问题的思维框架。

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读后感

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用户评价

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关于这本书的参考资料和索引系统,我必须给予高度评价。一个好的技术参考书,其后端的资源支撑至关重要,而这部作品在这方面做得非常扎实。参考文献的引用覆盖面极广,从早期的奠基性论文到近几年的顶尖期刊成果都有所涉猎,形成了一个非常完整的知识脉络图。更重要的是,书后的索引做得极其详尽和精准,当你试图查找某个特定的术语或者特定的公式编号时,几乎总能一页不差地定位到。我曾尝试找寻关于“拉普拉斯逆变换在系统识别中的具体应用”的提及,通过索引,我迅速定位到了相关的章节和公式推导,这为我节省了大量的查找时间。如果说有什么可以改进的地方,也许是希望作者能提供一个在线的、可搜索的数字版索引,以便于在电子阅读器上进行更快捷的交叉引用,但就纸质书而言,其目前的编制水平已属一流。

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这本书的内容深度和广度令人印象深刻,它似乎涵盖了从基础的数学原理到前沿的生物医学工程应用中的一系列关键计算方法。我特别关注了其中关于生物信号处理的那一部分,作者在解释傅里叶变换及其在心电图分析中的应用时,采用了循序渐进的教学方式,从理论推导到实际案例的衔接非常自然流畅。这不像某些教科书那样,一上来就抛出高深的公式,而是耐心地引导读者理解每一步背后的逻辑。我特别欣赏作者在阐述一些经典算法时,不仅给出了数学模型,还穿插了历史背景的介绍,这使得冰冷的数字背后多了一层人文学科的温度。然而,对于那些已经有扎实数学背景的专业人士来说,初期的基础回顾部分可能会略显冗余,如果能提供更灵活的章节跳跃机制,或者针对不同背景读者的学习路径建议,会更加人性化。总体而言,它成功地搭建了一座连接纯粹数学与复杂生物系统的桥梁,价值无可替代。

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这本书的叙事风格非常独特,它不像传统教材那样板着面孔,而是带有一种温和的、如同资深导师在耳边指导的语气。阅读过程中,我感觉自己不是在被动接受知识灌输,而是在与作者进行一场有深度的智力对话。例如,在讨论误差分析和不确定性传播时,作者并没有直接给出“标准答案”,而是引导读者去思考“为什么”这个误差会产生,以及在不同的生物实验条件下,如何权衡计算复杂度和结果精度之间的矛盾。这种哲学层面的探讨,极大地提升了阅读的层次感。我个人最喜欢的是那些穿插在正文中的“思考题”——它们大多不是简单的计算,而是需要综合运用多个章节知识进行批判性分析的开放性问题,这极大地锻炼了我的分析能力,让我不再满足于机械地套用公式。这种启发式的教学方法,是本书中最宝贵的财富之一。

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我花了大量时间研究了书中关于药物动力学模型的章节,老实说,初读时我对其严谨性抱持着怀疑态度,因为这个领域的变化速度极快。但令我惊讶的是,作者对经典的两室模型和非线性动力学解析的处理极其到位,不仅详细阐述了模型的建立过程,还巧妙地结合了实际的临床数据模拟。书中提供的那些详细的参数估计方法,特别是对贝叶斯方法的引入和解释,非常具有实操性,为我目前正在进行的研究提供了一个坚实的计算框架。我尝试根据书中的步骤,用我自己的数据集进行了一次小规模的验证,结果显示模型预测的准确率远超我之前采用的简化模型。唯一的不足可能在于,对于最新的计算模拟软件如COMSOL或MATLAB的高级函数库的应用实例相对较少,更多的是停留在原理层面,如果能增加一些现代化工具的使用范例,对于想快速投入应用的工程师会更有帮助。

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这部书的装帧设计着实让人眼前一亮,硬壳封面带着一种低调的奢华感,纸张的触感细腻而厚重,翻阅时能感受到一种沉甸甸的专业气息。内页的排版设计非常考究,字体选择清晰易读,图表的布局既美观又兼顾了信息传达的效率。尤其值得称赞的是那些复杂的公式和实验数据图,它们被清晰地呈现在读者面前,没有任何拥挤或混乱的感觉。我通常阅读技术类书籍时会对图表的清晰度非常挑剔,但这本书在这方面做得非常出色,即便是初次接触这些复杂概念的读者,也能通过直观的视觉呈现快速抓住重点。不过,我发现目录的结构划分略显保守,虽然全面,但在某些交叉学科的联系上似乎缺少一些更前沿的视角引导,或许这能通过后续的修订来优化。总体来说,从阅读体验的角度看,这本书在硬件和视觉设计上无疑是行业内的上乘之作,为长时间的深度阅读提供了极佳的物质基础。

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