2级基础知识和FORTRAN程序设计 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:人民邮电出版社

作者:

出品人:

页数:284 页

译者:

出版时间:1998-01

价格:28.00

装帧:平装

isbn号码:9787115079619

丛书系列:

图书标签:

• Fortran
• 程序设计
• 基础知识
• 计算机科学
• 编程
• 教学
• 教材
• 入门
• 二级考试
• 数值计算

《高级计算方法与并行计算实践》 本书聚焦于现代科学与工程领域中复杂问题的数值求解策略，以及如何利用并行计算技术来提升计算效率和处理大规模数据集的能力。它不仅仅是一本关于算法的理论书籍，更是一本强调实际应用与编程实现的指南。 第一部分：高级数值分析基础与误差控制 本部分深入探讨了传统数值方法在面对高维、非线性或病态问题时所暴露的局限性，并引入了更精密的分析工具和算法。 1. 矩阵分析与迭代求解 我们首先回顾了线性代数在数值计算中的核心地位，重点剖析了稠密与稀疏矩阵的存储优化技术，如CSR、COO格式的深入理解与应用场景区分。随后，详细讲解了 Krylov 子空间方法，包括标准共轭梯度法（CG）、广义最小残差法（GMRES）以及双共轭梯度法（BiCGSTAB）。对于大规模稀疏系统，预处理技术是加速收敛的关键。书中对代数多重网格法（AMG）的理论框架和实际构建进行了详尽的阐述，特别是其在模拟偏微分方程（PDEs）离散化后的应用。此外，还涵盖了针对特征值问题的 Lanczos 算法和 Arnoldi 迭代法，以及如何高效地计算出最大或最小特征对。 2. 非线性方程组的求解 针对多维非线性系统，本书超越了基础的牛顿法，着重讲解了拟牛顿法（如 BFGS 和 DFP），以及它们在约束优化问题中的拓展应用。对于那些梯度信息难以获取或计算成本高昂的问题，我们详细分析了拟近牛顿法（Quasi-Newton methods）的收敛性保证和步长选择策略，例如 Wolfe 条件和 Goldstein 条件的严格推导。同时，为了处理带有大量局部极小值的全局优化问题，书中引入了模拟退火（Simulated Annealing）和遗传算法（Genetic Algorithms）等启发式搜索方法，并探讨了如何将这些方法与局部优化算法结合形成混合策略。 3. 高精度与不确定性量化 在实际工程模拟中，输入参数往往带有不确定性。本章专注于处理这些不确定性。我们引入了随机微分方程（SDEs）的数值解法，如 Euler-Maruyama 方法和 Milstein 方法，并详细分析了它们的稳定性和收敛阶。针对模型参数的不确定性传播，系统讲解了基于蒙特卡洛（Monte Carlo）方法的量化流程，并重点阐述了更高效的准蒙特卡洛方法（Quasi-Monte Carlo, QMC），包括 Sobol 序列和 Halton 序列在低维和高维积分中的性能对比。 第二部分：专业领域的高级算法与建模 本部分将数值方法应用于更复杂的物理和工程模型中。 4. 有限元方法（FEM）的深入剖析 本书对有限元方法的理论基础进行了详尽阐述，从变分原理出发，推导出弱形式。重点分析了单元构建、形函数（如拉格朗日、Hermite 插值）的选择及其对解的平滑度的影响。在网格生成方面，讨论了自适应网格细化（Adaptive Mesh Refinement, AMR）技术，特别是基于误差估计（如残差法或对偶加权残差法 DWR）的网格更新策略。在求解PDEs时，重点讲解了非线性问题的 Newton-FEM 框架和隐式时间积分格式（如 Crank-Nicolson 法）在结构动力学和传热学中的应用。 5. 计算流体力学（CFD）的高效求解 针对流体力学问题，本书侧重于高分辨率格式。在对流项离散化方面，详细对比了有限体积法（FVM）下的迎风格式（Upwind Schemes）与通量限制器（Flux Limiters）技术（如 MUSCL、TVD 方案），旨在捕捉激波和接触间断而避免数值振荡。在求解不可压缩流体时，重点讲解了SIMPLE算法家族的演进及其在高雷诺数流动模拟中的收敛性瓶颈与解决之道。此外，还介绍了格子玻尔兹曼方法（Lattice Boltzmann Method, LBM）作为传统方法的有力补充，分析了其在多相流和复杂边界条件处理上的优势。 第三部分：并行计算架构与高性能编程 本部分是本书的实践核心，旨在使读者能够设计和实现能够在多核CPU和GPU上高效运行的求解器。 6. 共享内存并行编程模型 针对多核CPU环境，本书深入探讨了 OpenMP 编程模型。不仅覆盖了基本的并行区域划分、循环展开（Loop Unrolling）和数据依赖性分析，还详细讲解了更高级的并行结构，如任务并行、数据依赖图的构建以及并行化过程中的负载均衡策略。特别关注了缓存局部性（Cache Locality）的优化技术，例如通过数据重排和块划分来最大化 L1/L2 缓存的命中率，从而有效规避内存访问延迟。 7. 分布式内存与大规模并行计算 MPI（Message Passing Interface）是实现大规模集群计算的基石。本书对 MPI 标准进行了系统性的讲解，包括点对点通信（如 Send/Recv, Isend/Irecv）和集体通信（如 Broadcast, Reduce, Allgather）的性能特点和正确使用场景。书中重点讨论了如何在 PDE 求解器中高效地划分计算域（Domain Decomposition），并设计出最小化通信开销的边界数据交换协议。我们通过一个大规模有限元求解器的并行化实例，演示了如何将全局矩阵分解到各个进程中，并实现高效的并行预条件子构建。 8. GPU异构计算与CUDA编程 随着计算能力的转移，GPU编程已成为高性能计算不可或缺的一部分。本书以 NVIDIA CUDA 平台为例，详细解释了 GPU 的层次化内存结构（全局内存、共享内存、寄存器）及其对算法设计的影响。重点讲解了线程束（Warp）调度机制和内存合并访问（Coalesced Access）的实现方法。在算法层面，书中展示了如何将关键的密集线性代数操作（如矩阵向量乘法GEMV）以及稀疏矩阵操作（如 CSR 格式的 SpMV）高效地移植到 GPU 上，并分析了 CPU/GPU 之间数据传输瓶颈的规避策略。 结论：高性能计算系统的集成与性能分析 最后一部分将前述内容整合起来，介绍如何使用性能分析工具（如 VTune, gprof, Nsight）来识别代码中的瓶颈。我们讨论了强可扩展性和弱可扩展性的概念，并提供了一套系统性的方法论，用于评估和优化一个复杂的、采用异构并行模型的科学计算程序。本书旨在培养读者从算法选择、数学建模到最终高效实现的全流程高水平计算思维。

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这本书的封面设计简直是一场视觉的盛宴，那种深沉的蓝色调搭配着简洁有力的白色字体，立刻给人一种专业、严谨的学府气息。我记得第一次在书店里看到它时，就被那种低调的奢华感所吸引。它不像市面上那些充斥着花哨插图和夸张标题的书籍，它更像是一位内敛的智者，静静地等待着真正有心人去发掘其中的宝藏。书的纸张手感也出奇地好，拿在手里沉甸甸的，翻阅时那种轻微的沙沙声，仿佛都在诉说着知识的厚重。装帧工艺看得出是下足了功夫的，即便被我频繁地翻动，书脊依然保持着近乎完美的平整度，这对于经常需要参考的工具书来说，简直是太重要了。我特别欣赏作者在章节标题上的排版处理，既保证了信息传达的清晰性，又在视觉上形成了一种独特的韵律感，让人在查阅特定知识点时，能迅速定位，不会产生阅读疲劳。当然，光有好看的外表是远远不够的，但这本书在外观上所展现出的对细节的尊重，无疑为后续的学习体验奠定了极高的心理预期。它不仅仅是一本教材，更像是一件可以长期珍藏的案头艺术品，每一次不经意的触碰，都能感受到制作者的匠心独运。

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从一个资深技术读者的角度来看，这本书的价值不仅仅在于它传授了“是什么”和“怎么做”，更在于它潜移默化地塑造了正确的“工程思维”。它教会的不是一套固定的公式，而是一套解决问题的思维框架。在探讨程序设计规范时，作者不仅仅是罗列了一些编码标准，而是深入剖析了为什么这些标准对项目的长期维护至关重要，从而将“规范性”从一种要求提升到了“责任感”的高度。这种对更高层级理念的阐述，让这本书超越了一般的教学读物，而具有了某种职业素养的启蒙意义。在全书的收尾部分，作者对未来技术发展趋势的展望，虽然篇幅不长，但见解独到且极富启发性，它引导读者思考如何将已学的知识灵活地迁移到未知的领域。这种培养读者独立思考和持续学习能力的教育理念，才是这类基础知识书籍最宝贵的遗产，它让这本书成为了一份可以陪伴读者职业生涯成长的长期参考资料，而非仅仅是考试周内的临时抱佛脚之物。

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我必须得说，这本书的逻辑组织能力简直达到了出神入化的地步。它没有像许多入门读物那样，急于在开头就抛出复杂的概念和晦涩的术语，而是采取了一种极其温和且递进的方式展开。开篇部分，作者花了大量的篇幅来构建一个坚实的基础知识框架，这种“打地基”的功夫做得异常扎实。你会发现，即便是最基础的数学或逻辑原理，也被阐释得深入浅出，仿佛你从未接触过这些知识，却又能在阅读后瞬间领悟其精髓。随着章节的推进，新引入的概念总是能够巧妙地与前文建立联系，形成一个严密的知识网络，而不是孤立的知识点堆砌。这种结构上的连贯性，极大地降低了学习过程中的认知负荷。例如，在介绍某个高级算法时，作者会自然地回溯到某个基础模块的公式推导过程，用一种“原来如此”的豁然开朗感，将不同层面的知识点完美地串联起来。这种精心编排的叙事线索，让阅读过程充满了探索的乐趣，每一次翻页，都像是在解开一个精心设计的谜题，而不是机械地记忆板砖般的内容。

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对于实战能力的培养，这本书可以说是做到了“言传身教”的典范。理论的讲解固然重要，但如何将这些抽象的知识转化为可执行的代码，才是衡量一本技术书籍价值的关键。这本书在每一个关键知识点之后，几乎都紧跟着一系列精心设计的、由易到难的编程练习。这些练习并非简单的“复制粘贴”式套用模板，而是要求读者在理解原理的基础上，进行一定程度的思考和变通。我特别喜欢它引入的“进阶挑战”部分，这些挑战往往需要综合运用前几章学到的多个知识点，迫使你跳出单一知识点的舒适区，进行更高维度的整合运算。更值得称赞的是，随书附带的源代码示例结构清晰，注释详尽，即便你对某些特定模块的实现思路尚有疑问，也能通过阅读标准答案般的范例代码，迅速找到突破口。这种以代码为载体的教学方式，极大地增强了学习的主动性和成就感，让“学会了”的感觉不再是纸上谈兵，而是真真切切地在你的电脑上运行起来的成果。

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这本书的语言风格，用一个词来形容就是“精准的克制”。它完全避免了那种故作高深的学术腔调，也杜绝了过于口语化的随意感。作者的文字就像一把经过千锤百炼的手术刀，每一句话都直指核心，没有丝毫的冗余和废话。这种高效的表达方式，使得学习效率得到了几何级的提升。我尤其欣赏作者在解释复杂理论时所使用的类比和示例——它们总是恰到好处，既能帮助理解，又不会将概念过度简化而失真。比如，在阐述某个内存管理机制时，作者构建了一个生活化的场景模型，读者可以很容易地将抽象的计算机操作对应到日常经验中去。此外，对于那些容易混淆的概念，作者会特意设置“辨析”小节，用对比的方式清晰地划清界限，这种细腻的处理，体现了作者对初学者痛点的深刻洞察。阅读时，我很少需要停下来查阅其他资料来理解某句话的意思，这在技术类书籍中是非常难得的体验，它充分证明了作者在文字表达上的深厚功力。

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