计算机数学基础

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页数:237
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出版时间:2010-6
价格:24.80元
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isbn号码:9787040290172
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  • 数学基础
  • 计算机科学
  • 离散数学
  • 数值分析
  • 高等数学
  • 算法
  • 数据结构
  • 数学建模
  • 理论基础
  • 计算机数学
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具体描述

《计算机数学基础》是普通高等教育“十一五”国家级规划教材。《计算机数学基础》基于高等职业教育计算机专业的特点和培养面向计算机应用软件开发人才的目标进行定位,同时按照“够用、实用”的原则进行编写。《计算机数学基础》主要介绍数学思想和方法在计算机科学领域中的若干应用,使学生对计算机科学和软件开发的数学基础以及这些数学思想和方法可能的应用有一个总体的了解和把握。全书共8章,主要内容包括:数学——计算机科学的基础、一元微分学初步、不定积分与定积分、矩阵与线性代数初步、概率论基础、随机变量的分布与数字特征、数理逻辑初步和图论初步。

《计算机数学基础》可作为应用性、技能型人才培养的各类教育计算机数学课程的教学用书,也可供普通高等教育、各类培训、计算机从业人员和爱好者参考使用。

聚焦应用与前沿:当代电子信息工程中的数学方法 本书旨在为电子信息工程领域的专业人士和高年级学生提供一套深度聚焦于现代工程实践的数学工具箱。它不仅仅是对传统“数学基础”课程的简单复述,而是将抽象的数学概念与当前最前沿的工程应用——如人工智能、信号处理、通信系统和嵌入式控制——紧密结合起来,展示数学思维在解决实际工程难题中的核心地位。 --- 第一部分:高维数据结构与线性代数在现代工程中的重构 本部分彻底超越了基础线性代数的教科书范式,直击现代工程计算对数据处理的深层需求。我们不再将矩阵视为简单的数字排列,而是将其视为高维向量空间中的变换和信息编码载体。 1. 稀疏表示与压缩感知(Compressed Sensing, CS)的数学基础: 详细探讨 $l_1$ 范数最小化(Basis Pursuit, BP)及其在图像重建、雷达信号处理中的应用。重点剖析等距限制性质(Restricted Isometry Property, RIP)的理论意义及其在算法设计中的指导作用。我们将深入分析如何利用矩阵的低秩特性(如奇异值分解 SVD)来高效地表示和压缩海量传感器数据,这在物联网(IoT)边缘计算节点的资源受限环境中至关重要。 2. 特征值分解的工程拓展: 除了传统的稳定性分析外,我们着重介绍主成分分析(PCA)在数据降维、噪声抑制中的非线性变体(如Kernel PCA)。更进一步,探讨图拉普拉斯矩阵在复杂网络(如社交网络、芯片互联)中的谱聚类应用,这对于理解信息流的拓扑结构至关重要。 3. 数值稳定性的工程视角: 线性方程组求解的稳定性不再是一个纯粹的理论话题。本章分析了病态矩阵(Ill-conditioned Matrices)在迭代算法(如共轭梯度法 CG)中的表现,并引入了迭代重估(Iterative Refinement)技术,以确保在浮点运算精度受限的嵌入式系统中,求解结果依然可靠。 --- 第二部分:概率论与随机过程——从贝叶斯推断到深度学习的涌现 本部分将概率论从纯粹的统计描述提升到动态系统建模和决策制定的核心工具。我们侧重于信息论与随机过程在不确定性环境下的工程应用。 1. 随机过程的动态建模: 深入分析马尔可夫链(Markov Chains)在网络路由、状态机建模中的应用,并引入隐马尔可夫模型(HMM)及其在语音识别和时间序列预测中的核心算法(前向-后向算法、维特比算法)。我们将特别关注布朗运动(Wiener Process)在金融工程与随机控制理论中的基础作用。 2. 贝叶斯推断与现代滤波技术: 重点剖析卡尔曼滤波(Kalman Filter)的递推结构,并将其推广至非线性系统——扩展卡尔曼滤波(EKF)和无迹卡尔曼滤波(UKF)。这些滤波器是现代导航、目标跟踪系统(如无人机姿态估计)中不可或缺的实时估计算法。我们还将介绍粒子滤波(Particle Filtering)在处理强非线性或多模态不确定性时的优势。 3. 信息论与信道容量: 香农定理的工程意义被置于现代通信系统的核心。本章讨论熵、互信息在衡量数据冗余度和信道传输效率中的作用。这为理解信道编码(如LDPC码、Turbo码)的设计提供了理论基础,直接关系到5G/6G系统的性能极限。 --- 第三部分:傅里叶分析与偏微分方程在场域分析中的应用 本部分强调分析工具如何帮助我们理解和控制物理场(电磁场、声场、热场)在时空中的演化。 1. 离散傅里叶变换(DFT)与快速算法(FFT): 不再满足于仅用DFT进行频谱分析。我们深入研究FFT在快速卷积、数字滤波器设计(FIR/IIR)、以及OFDM(正交频分复用)通信系统中的具体实现细节。分析周期延拓和栅栏效应(Leakage)对实际系统性能的影响及补偿方法。 2. 傅里叶/拉普拉斯变换在系统分析中的作用: 将经典的频域分析工具与控制理论中的传递函数(Transfer Function)紧密结合。分析如何通过分析系统的零极点分布来快速判断反馈控制系统的稳定性和瞬态响应特性,并指导PID控制器的参数整定。 3. 偏微分方程(PDE)的工程求解方法: 重点关注波动方程和扩散方程在电磁兼容性(EMC)分析和热管理中的应用。介绍有限差分法(FDM)和有限元法(FEM)的基本思想。通过对麦克斯韦方程组的简化模型求解,展示数学如何驱动电磁仿真软件(如HFSS、CST)的底层计算逻辑。 --- 第四部分:优化理论与非线性系统——驱动智能决策 本部分将优化方法视为构建智能系统的核心驱动力,尤其关注机器学习和控制工程中的大规模优化问题。 1. 凸优化基础与工程约束: 详细阐述凸集、凸函数、对偶问题(Lagrange Duality)的概念。重点分析线性规划(LP)和二次规划(QP)在资源调度、最小二乘法(LSSVM)中的直接应用。强调 KKT 条件在确保最优解满足工程约束(如功耗限制、带宽限制)中的必要性。 2. 非线性优化与梯度下降的变种: 深度剖析深度学习训练背后的数学原理——梯度下降法。对比分析牛顿法、拟牛顿法(BFGS)和共轭梯度法在高维空间中的收敛速度与计算复杂度。介绍动量(Momentum)、自适应学习率(如Adam, RMSProp)等优化器如何通过引入历史梯度信息来克服鞍点问题和局部极小值。 3. 变分法与控制理论的交汇: 引入变分法(Calculus of Variations)的基本思想,作为最优控制理论(如Pontryagin's Maximum Principle)的数学前驱。这为设计最优轨迹规划、能源高效的通信协议提供了严谨的理论框架。 --- 本书的特色在于其强烈的“工程导向”和“计算思维”。每一章节的理论推导都辅以至少一个来自实际电子信息工程领域的案例分析,并通过伪代码或实际编程语言片段(如Python的NumPy/SciPy接口)展示如何将这些高级数学工具转化为可执行的工程解决方案。它要求读者具备扎实的微积分和基础代数知识,但其核心价值在于培养读者在面对复杂系统时,能够迅速识别出隐藏在表象之下的数学结构,并选择最恰当的数学工具进行建模和求解的能力。

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目录信息

读后感

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用户评价

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我原本以为《离散数学及其应用:逻辑与证明》会是一本枯燥的大学教材,但它却成了我提升逻辑思维的秘密武器。这本书的结构非常严谨,它没有像其他数学书那样一上来就堆砌集合论的公理,而是从“命题逻辑”的自然语言表述开始,循序渐进地引入真值表、析取范式和合取范式。作者在“证明方法”这一章的讲解尤为出色,它不仅仅是罗列了直接证明、反证法、数学归纳法等技巧,而是通过一系列精心挑选的、具有迷惑性的数学陈述,引导读者体会每种证明方法的适用场景和内在美感。比如,对于数学归纳法,书中不仅展示了如何证明数列求和公式,还用了一个经典的“涂色问题”来展示归纳法在组合结构上的强大威力,这极大地拓宽了我对归纳法的理解。此外,书中关于关系代数和函数性质的讨论,也与我在软件设计中遇到的数据一致性问题形成了奇妙的呼应,让我意识到离散数学远非“无用的理论”,而是现代计算逻辑的基石。这本书的习题设计也十分巧妙,难度梯度合理,从基础的符号化练习到复杂的逻辑推理难题,环环相扣,读完后,我感觉自己的论证能力和对结构化思维的掌控力有了质的飞跃,那种清晰、无懈可击的推理感,是其他任何书籍都难以给予的。

评分☆☆☆☆☆

这本书,拿到手的时候,还真有点让人摸不着头脑。《深入浅出数据结构与算法解析》,这个名字听起来就带着一股子硬核的理工科气息,但翻开扉页,里面呈现的并非我预想中的那种枯燥乏味的代码堆砌或是晦涩难懂的数学证明。作者在开篇就用一个生动的小故事,把“查找”这个最基础的概念讲得栩栩如生,让我这个对编程只是略有涉猎的“斜杠青年”也能迅速进入状态。最让我印象深刻的是,书中对“树”这种结构的处理方式,它不是简单地罗列B树、AVL树、红黑树的定义和性质,而是通过一系列精心设计的图示和动画脚本般的文字描述,将树的生长、分裂和平衡过程描绘得如同欣赏一幅动态的艺术品。每一个算法的实现,都配有详细的“思考路径”分析,它不像很多教程那样直接给出“标准答案”,而是引导读者去理解为什么这么设计,这个结构解决了什么样的问题,以及在什么场景下它会力不从生。我记得有一章专门讲了图论在社交网络中的应用,作者将复杂的最小生成树算法,用一个社区资源分配的实际案例来包装,读完之后,我不仅学会了Kruskal算法,更理解了它背后的“贪心”哲学。这本书的排版也十分考究,大量的留白和恰到好处的彩色图表,使得长时间阅读也不会感到视觉疲劳,这对于需要啃下大量技术细节的读者来说,简直是福音。它不是那种速成的秘籍,更像是一位耐心且博学的导师,手把手地带着你,从零开始构建起对计算思维的坚实地基。

评分☆☆☆☆☆

这本《现代编译原理与程序优化实践》简直是为我这种沉迷于底层逻辑的“技术控”量身定做的“武功秘籍”。我之前读过几本相关的经典教材,但大多都停留在理论层面,晦涩的上下文无关文法和自动机理论让人望而却步。然而,这本书的切入点非常独特,它直接从一个实际的C++代码片段入手,然后逐步拆解这个代码是如何被前端(词法分析、语法分析)接收,如何构建抽象语法树(AST),最后如何进行中间代码生成和目标代码优化的全过程。书中对寄存器分配策略的讲解,尤其精彩,作者没有使用过于简化的假设,而是详细分析了图着色算法在解决这个实际问题时的局限性以及现代编译器如何采用启发式策略来逼近最优解。最让我感到震撼的是关于向量化(SIMD)优化的章节,作者竟然直接贴出了几段汇编代码的对比,清晰地展示了循环展开和指令级并行如何将原本串行的计算转化为高度并行的操作,这种“看得见摸得着”的性能提升,带来的满足感是无与伦比的。阅读过程中,我甚至会时不时地停下来,打开自己的IDE,尝试修改编译器选项,观察输出的汇编代码差异,那种探索的乐趣,远胜于单纯的考试复习。这本书的案例代码质量极高,注重实战,几乎每一章都有一个可以独立编译运行的简化编译器模块作为实践项目,确保读者真正掌握了从源代码到机器指令的“翻译”艺术。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认,我一开始是冲着书名里那个“人工智能”的字眼来的——《深度学习前沿:生成模型与对抗网络解析》。然而,这本书带给我的体验,远超我对“AI入门”的期待。它避开了那些被过度炒作的热点,而是将重点放在了生成模型的核心数学框架上。作者对概率图模型和变分推断的梳理,清晰得令人发指。比如,讲解变分自编码器(VAE)时,它没有直接抛出KL散度最小化的公式,而是先构建了一个“信息瓶颈”的直观模型,解释了为什么我们需要一个“近似后验”来约束潜在空间,这个过程的逻辑链条非常完整,仿佛在搭建一座精密的数学迷宫,而每一步的指示牌都清晰明确。而在讨论生成对抗网络(GAN)的部分,作者则深入探讨了纳什均衡的稳定性问题,以及为什么训练过程容易出现模式崩溃(Mode Collapse),并详细对比了WGAN、LSGAN等改进方案在解决原始GAN缺陷上的努力。书中不仅有理论推导,还穿插了许多对经典论文的“反思性评论”,这些评论常常一针见血地指出了早期模型的局限性,帮助读者建立起批判性思维,而不是盲目地崇拜“SOTA”(State-of-the-Art)。对于想要在生成式AI领域做出深入研究的人来说,这本书提供了坚实的理论基石和前沿的视野,它要求你投入思考,但回报的绝对是高质量的认知升级。

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购买《信息论与编码理论导论》这本书,纯粹是出于一种对“极限”的好奇心。我们每天都在使用Wi-Fi、4G甚至5G,但信息是如何在充满噪声的信道中被可靠地传输的?这本书给予了最根本的答案。香农的熵概念,往往被初学者视为抽象的数学符号,但这本书的作者用一系列关于投骰子、猜谜语的例子,将熵的定义——信息量的度量——解释得如同日常对话般自然。他清晰地区分了自信息、联合熵和条件熵,并通过信息增益的概念,完美衔接到了决策树的学习过程,这种跨学科的串联令人拍案叫绝。最让我觉得受益匪浅的是关于信道容量的阐述,清晰地展示了奈奎斯特速率和香农-哈特利定理的适用边界和物理意义,让你明白在现有的物理条件下,数字通信的理论极限究竟在哪里。在编码理论部分,书中对线性分组码的讲解,特别是汉明码的构造和译码过程,被分解得极其细致,从生成矩阵到校验矩阵,每一步的运算都有明确的几何或代数解释,不再是冷冰冰的公式堆砌。这本书的价值在于,它揭示了信息传输的底层物理和数学约束,让你在面对任何通信技术时,都能迅速洞察其核心的效率和可靠性边界。

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