Introduction to Applied Mathematics

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出版者:
作者:Sirovich, Lawrence
出品人:
页数:400
译者:
出版时间:1988-11
价格:$ 123.17
装帧:
isbn号码:9780387968841
丛书系列:
图书标签:
  • 计算方法
  • 应用数学
  • 数学导论
  • 数学建模
  • 高等教育
  • 理工科
  • 数学分析
  • 线性代数
  • 概率论
  • 数值分析
  • 工程数学
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具体描述

From the Preface: "The material in this book is based on notes for a course which I gave several times at Brown University. The target of the course was juniors and seniors majoring in applied mathematics, engineering and other sciences. My basic goal in the course was to teach standard methods, or what I regard as a basic "bag of tricks". In my opinion the material contained here, for the most part, does not depart widely from traditional subject matter. One such departure is the discussion of discrete linear systems. Besides being interesting in its own right, this topic is included because the treatment of such systems leads naturally to the use of discrete Fourier series, discrete Fourier transforms, and their extension, the Z-transform. On making the transition to continuous systems we derive their continuous analogues, viz., Fourier series, Fourier transforms, Fourier integrals and Laplace transforms. A main advantage to the approach taken is that a wide variety of techniques are seen to result from one or two very simple but central ideas. Above all, this course is intended as being one which gives the student a "can-do" frame of mind about mathematics. Students should be given confidence in using mathematics and not be made fearful of it. I have, therefore, forgone the theorem-proof format for a more informal style. Finally, a concerted effort was made to present an assortment of examples from diverse applications with the hope of attracting the interest of the student, and an equally dedicated effort was made to be kind to the reader."

好的,以下是为您构思的一份图书简介,该书名为《量子计算与信息处理导论》,内容详尽,旨在介绍量子信息科学的前沿领域,同时避开应用数学的范畴。 --- 量子计算与信息处理导论 探索量子世界的颠覆性潜力 作者: [此处可留空或填写虚构作者名] 出版社: [此处可留空或填写虚构出版社名] 字数: 约 1500 字 --- 内容提要 《量子计算与信息处理导论》是一部全面而深入的学术专著,旨在为物理学、计算机科学、信息论以及电子工程领域的读者提供一个坚实的理论基础,用以理解和掌握快速发展的量子信息科学。本书不局限于传统的经典计算模型,而是将读者的目光引向微观粒子的奇特性质——叠加态、纠缠与隧穿效应——如何被转化为下一代计算和通信技术的核心驱动力。 本书结构严谨,从最基本的量子力学原理出发,逐步过渡到构建可操作的量子信息系统所需的复杂算法和工程挑战。我们致力于消除量子理论的晦涩感,通过清晰的数学表述和直观的物理图像相结合的方式,使读者能够真正掌握量子计算的“哲学”与“实践”。 核心章节与内容深度剖析 本书共分为六个主要部分,共计二十章,每一章都旨在建立一个关键的知识模块。 第一部分:量子力学的基本原理重述(第 1 章 – 第 3 章) 本部分是全书的基石,旨在为非专业读者快速回顾和巩固理解量子信息所需的数学框架,同时为物理专业读者提供一个以信息论视角重构的框架。 第 1 章:希尔伯特空间与态的描述: 详细阐述了量子态的抽象表示(狄拉克符号),复数向量空间,算符在量子力学中的角色,以及如何用投影算符来描述可观测量的测量过程。重点分析了有限维希尔伯特空间的结构,特别是双态系统(Qubit)的几何表示(布洛赫球)。 第 2 章:演化与动力学: 深入探讨了量子态随时间的演化,薛定谔方程及其在时间演化算符(U(t))下的形式化描述。引入了密度算符(Density Operator)的概念,用于处理混合态和开放量子系统,为后续讨论退相干(Decoherence)打下基础。 第 3 章:纠缠的诞生与量化: 本章专注于量子信息的核心资源——纠缠。首次引入了贝尔态(Bell States)和GHZ态等基本多粒子纠缠态。对纠缠的数学度量,如纠缠熵(Entanglement Entropy)和对易矩阵(Concurrence),进行了详尽的介绍,并区分了经典关联与量子关联的本质差异。 第二部分:量子信息的基本单元与操作(第 4 章 – 第 7 章) 本部分将抽象的量子态转化为可操作的信息单元,并详细介绍了量子逻辑门的工作原理。 第 4 章:量子比特(Qubit)与信息存储: 深入探讨了单量子比特的制备、操控和测量,对比了基于自旋、极化和能级的物理实现方式。 第 5 章:量子门与酉变换: 详尽分析了基本量子门,如泡利门(X, Y, Z)、哈达玛门(H)、相位门(S, T)以及 CNOT 门。强调了所有量子操作必须是酉变换(Unitary Transformation)的必要性,并讨论了通用量子门集的构建。 第 6 章:多量子比特系统与量子线路: 扩展到 $N$ 个量子比特的张量积空间,讨论了量子线路图的绘制规范和解析方法。重点分析了 Toffoli 门和 SWAP 门在构建复杂逻辑中的作用。 第 7 章:量子信息协议的基石: 介绍了量子隐形传态(Quantum Teleportation)和超密编码(Superdense Coding)这两个基础协议,展示了如何在利用纠缠的前提下,实现经典信息或量子态的传输,这对于理解量子通信至关重要。 第三部分:量子计算的范式与算法(第 8 章 – 第 12 章) 这是本书的核心计算部分,系统地介绍了几种主要的量子计算模型及其突破性的算法。 第 8 章:量子傅里叶变换(QFT)与相位估计: 详细推导了 QFT 的指数级加速特性,并将其应用于量子相位估计(QPE)算法,这是许多高级量子算法的子程序。 第 9 章:秀尔(Shor)算法的深入解析: 剖析了 Shor 算法中从周期寻找问题到因子分解问题的转化过程。重点在于 QPE 如何高效地提取周期信息,并讨论了该算法对现有公钥加密体系的潜在威胁。 第 10 章:格罗弗(Grover)搜索算法: 探讨了无结构数据库搜索的平方加速,解释了 Grover 迭代器的几何意义——在希尔伯特空间中对目标态的“振幅放大”过程。 第 11 章:变分量子本征求解器(VQE)与量子机器学习: 介绍了混合量子-经典计算范式,重点分析了 VQE 在寻找分子基态能量中的应用,这是当前 NISQ(有噪声中等规模量子)设备中最具潜力的应用之一。 第 12 章:量子模拟: 探讨了如何利用可控的量子系统来模拟其他难以处理的量子系统(如强关联电子系统),并介绍了哈密顿量的模拟方法,如 Trotter 分解。 第四部分:量子误差控制与容错(第 13 章 – 第 15 章) 真实世界的量子计算机不可避免地面临噪声和退相干,本部分专注于如何通过编码来保护脆弱的量子信息。 第 13 章:噪声模型与退相干: 系统分类了物理噪声的来源,包括退相干(Decoherence)和非酉操作。引入了 Lindblad 方程来描述开放系统的动力学。 第 14 章:量子纠错码(QECC): 详细介绍了几种关键的 QECC,包括 Shor 9 比特码和表面码(Surface Code)。解释了逻辑比特(Logical Qubit)的编码原理以及如何通过测量错误子(Syndrome)来识别错误而又不破坏信息。 第 15 章:容错量子计算(FTQC)的门集: 讨论了如何仅使用逻辑门在容错环境下执行任意计算,包括“扭曲”(Twisting)操作和“费米子化”(Magic State Distillation)在构建通用容错逻辑中的关键作用。 第五部分:量子通信与网络(第 16 章 – 第 18 章) 本部分超越了单台计算机的概念,探讨了量子信息如何在空间中安全、高效地传输。 第 16 章:量子密钥分发(QKD): 集中分析了 BB84 协议和 Ekert 91 协议,强调了基于物理定律的安全性保证,并探讨了其在现实中的部署挑战。 第 17 章:量子中继器与网络拓扑: 讨论了如何通过纠缠交换(Entanglement Swapping)和纠错机制来扩展量子通信的距离,建立长距离的量子互联网。 第 18 章:量子隐蔽性与安全增强: 介绍了一些高级通信协议,如量子盲计算(Blind Quantum Computation)的基础概念,允许一方在不泄露数据的情况下,让另一方执行量子计算。 第六部分:物理实现与前沿展望(第 19 章 – 第 20 章) 本部分将理论研究与工程实践联系起来,展望了当前主要的硬件平台和未来的研究方向。 第 19 章:主流量子硬件平台综述: 对超导电路(Transmons)、离子阱、中性原子、拓扑量子计算和硅基自旋量子比特的优缺点进行了深入的技术和工程对比分析,关注其相干时间、门保真度和可扩展性。 第 20 章:未解之谜与未来方向: 探讨了量子引力、量子计算在基础物理研究中的潜在作用,以及量子霸权实验背后的理论验证问题。总结了通往大规模、通用量子计算机的当前主要障碍。 --- 本书的特色与受众定位 全面性与深度并重: 本书力求成为一本“一站式”的参考书。它不仅覆盖了从基础理论到高级算法的全部内容,而且在关键算法的推导和容错码的细节上进行了深入的讲解,超越了许多入门教材的广度限制。 严谨的数学框架: 全书大量使用线性代数、群论和信息论的工具,确保理论描述的精确性。同时,我们努力使用清晰的图示和类比来解释高度抽象的概念。 目标读者: 本书适合已经具备扎实微积分、线性代数基础的高年级本科生、研究生,以及希望系统性地转向量子信息领域研究的科研人员和工程师。对于希望理解量子物理如何转化为下一代信息技术的专业人士而言,本书提供了不可或缺的理论工具箱。 《量子计算与信息处理导论》不仅是一本教科书,更是一张通往未来计算世界的路线图,指引读者穿越理论的迷雾,直抵技术的前沿。

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读后感

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用户评价

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初读《Introduction to Applied Mathematics》,我便被其宏大的格局所吸引。它不仅仅是一本数学教材,更像是一扇通往广阔应用领域的窗口,让我看到了数学如何成为连接抽象理论与现实世界的桥梁。书中对不同学科领域数学应用的细致阐述,让我惊叹于数学的无处不在和强大威力。我曾以为,某些高深的数学概念只会存在于理论研究中,但这本书却揭示了它们在工程、经济、甚至生物科学中的实际应用。我尤其喜欢书中对于“建模”这一核心过程的深入解析,它不仅仅是给出公式,更重要的是引导读者思考如何将现实世界的复杂问题,抽象成数学语言,再通过各种数学工具去求解,并最终将结果解释回现实情境。这种“从问题到数学,再从数学到问题”的完整逻辑链条,让我对应用数学的实用性和普适性有了更直观的理解。每一次阅读,都像是在进行一次头脑风暴,让我对数学的认识不断拓展,对解决现实问题的方法也更加多样。

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当我开始阅读《Introduction to Applied Mathematics》时,我内心充满了期待,希望能够看到数学如何在现实世界中大放异彩。这本书没有让我失望,它以一种非常独特的方式,将抽象的数学概念与具体的应用场景紧密地联系起来。我惊叹于书中对于不同学科领域数学应用的深入阐述,从物理学中的运动规律,到经济学中的市场分析,再到工程学中的设计优化,似乎处处都闪烁着应用数学的光芒。我尤其欣赏书中对于“建模”这一过程的细致讲解,它不仅仅是给出公式,更是引导读者思考如何将现实世界中的复杂问题,转化为可解的数学模型,再通过各种数学工具去求解,并最终将结果解释回现实情境。这种“从问题到数学,再从数学到问题”的完整逻辑,让我对应用数学的实用性和普适性有了深刻的认识。这本书不仅仅是在传授知识,更是在培养一种解决问题的能力,一种用数学的思维去分析和解决复杂挑战的素养,让我对未来的学习和工作充满了信心。

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《Introduction to Applied Mathematics》给我带来的,是一种全新的视角去审视数学的价值。我曾经以为,数学的精髓在于其严谨的逻辑和抽象的证明,但这本书让我看到了它作为一门“工具”的强大生命力。它不仅仅是理论的堆砌,更是将数学的触角延伸到现实世界的每一个角落。我惊叹于书中对于不同领域应用的详尽阐述,从物理学中的力学分析,到经济学中的博弈论,再到计算机科学中的算法设计,似乎无处不见应用数学的身影。我特别喜欢书中对于“建模”过程的深入探讨,它教会我如何将现实世界的复杂问题,转化为一系列可解的数学方程,再通过各种数学工具去求解,最终将结果解释回现实情境。这种“从无序到有序,从模糊到清晰”的过程,让我对数学在解决实际问题中的作用有了更深刻的认识。这本书不仅仅是在传授知识,更是在培养一种独立思考和解决问题的能力,让我能够以一种更具创新性的方式去面对生活中的挑战。

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《Introduction to Applied Mathematics》所带来的不仅仅是知识的积累,更是一种思维方式的重塑。我曾以为数学只是冰冷的符号和抽象的逻辑,但这本书让我看到了它温暖而充满活力的另一面。它并没有局限于纯理论的探讨,而是将目光投向了广阔的现实世界,用数学的语言去描绘、去解释、去预测。我惊叹于书中对不同领域应用的细腻描绘,仿佛有一条无形的线,将物理、工程、经济、生物甚至社会科学紧密地联系在一起。我特别喜欢书中那些“为什么”和“如何”的探索过程,它不仅仅告诉你结论,更告诉你结论是如何一步步得出的,其中蕴含着怎样的智慧和洞察。例如,当书中解释如何用概率论来理解风险时,我仿佛看到了决策的迷雾被一层层拨开。当我读到利用微分方程模拟人口增长时,我感受到了一种对未来趋势的掌控感。这本书让我明白,应用数学不是一种被动的学习,而是一种主动的探索,一种用数学工具去解决问题的艺术。它鼓励我去质疑,去思考,去创造,用数学的视角去发现隐藏在事物背后的规律。

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我一直认为,学习数学的关键在于理解其“为何”而存在,而《Introduction to Applied Mathematics》恰恰满足了我的这一期待。这本书的独到之处在于,它将数学理论的抽象性与现实世界问题的具体性完美地结合起来,让读者在解决实际问题的过程中,深刻体会到数学的价值和力量。我看到书中对于数学模型构建的详尽阐述,它不仅仅是给出公式,更是引导读者思考如何将现实问题抽象成数学模型,再通过数学工具去求解,最终将结果解释回现实世界。这种“建模-求解-解释”的流程,让我对应用数学有了更直观的理解。我尤其期待书中对一些经典应用案例的深度解析,比如如何利用线性代数来处理图像识别问题,或者如何运用优化理论来安排生产计划。这些具体的例子,能够有效地将抽象的数学概念“接地气”,让我在脑海中形成清晰的图像。这本书不仅仅是传授知识,更是在培养一种解决问题的能力,一种用数学思维去分析和解决复杂挑战的素养。每一次翻阅,都像是在进行一场思维体操,让我对数学的认识不断深入,对现实世界的理解也更加透彻。

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《Introduction to Applied Mathematics》给我带来的最大感悟,便是数学并非是束之高阁的象牙塔,而是潜藏于我们生活方方面面的强大驱动力。这本书以其独到的视角,将那些看似遥不可及的数学概念,巧妙地融入到生动具体的应用场景之中,让其焕发出勃勃生机。我发现,书中对于不同学科领域的数学应用,进行了深入浅出的阐述。从物理学中对自然现象的量化描述,到经济学中对市场趋势的预测分析,再到工程学中对复杂系统的优化设计,每一个领域都离不开应用数学的指引。我尤其欣赏书中对于模型构建和求解过程的细致讲解,它不仅仅是给出结论,更重要的是引导读者思考,为何要选择这样的模型,如何通过数学方法找到最优解,以及如何将数学结果有效地解释到现实情境中。这种“从问题到数学,再从数学到问题”的完整闭环,让我对应用数学的实用性和普适性有了深刻的认识。这本书不仅仅是在教授我知识,更是在培养我一种用数学语言去观察、去分析、去解决问题的能力,让我能够以更深刻的视角去理解这个复杂的世界。

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《Introduction to Applied Mathematics》带给我的,不仅仅是知识的增长,更是一种对数学全新认知的启迪。我曾经认为,数学是一门独立的学科,与现实生活似乎遥不可及。然而,这本书彻底颠覆了我的固有观念,它以其独特的视角,将数学的抽象理论与生动具体的现实应用巧妙地融合在一起。我仿佛看到,那些曾经让我感到晦涩难懂的数学概念,在这里获得了全新的生命,成为了解决工程难题、理解经济模型、甚至分析自然现象的有力工具。我特别欣赏书中对数学建模过程的详尽阐述,它不仅仅是给出了公式,更是引导读者去思考,如何将现实世界中的复杂问题,转化为一系列可解的数学方程,再通过各种数学工具去求解,并将最终结果解释回现实情境。这种“从抽象到具体,从理论到实践”的完整过程,让我深刻体会到应用数学的强大魅力和价值。每一次翻阅,都像是在进行一次智力探险,让我对数学的认识不断深入,对解决现实问题也充满了信心。

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在我翻阅《Introduction to Applied Mathematics》的过程中,最让我惊喜的莫过于其对于数学与现实世界之间“桥梁”的构建。这本书不仅仅是罗列枯燥的公式和定理,而是以一种引人入胜的方式,将数学的力量渗透到各个学科领域,展现了其解决实际问题的巨大潜力。我仿佛看到,那些曾经抽象的数学概念,在书中化身为解决工程难题、理解经济波动、甚至预测自然现象的强大工具。我尤其期待书中能够深入剖析一些标志性的应用案例,例如如何运用概率论来分析金融市场的风险,或者如何通过微分几何来描述三维空间的形状。这些具体的例子,能够有效地将理论与实践联系起来,让我深刻体会到应用数学的魅力。这本书不仅仅是在传授知识,更是在培养一种批判性思维和解决问题的能力,它鼓励读者主动去思考,去探索,去用数学的视角去发现和理解这个世界的运行规律。每一次阅读,都像是一次智力的冒险,让我对数学的应用前景充满了无限的遐想。

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在阅读《Introduction to Applied Mathematics》的过程中,我最大的惊喜在于它对数学概念的解释方式。这本书并没有直接抛出枯燥的定义和定理,而是以一种引人入胜的方式,通过一系列精心设计的场景和问题,引导读者去发现和理解数学的内在逻辑。我仿佛置身于一个数学实验室,每一个公式的推导都像是一次精密的实验,每一个结论的得出都伴随着清晰的思考过程。书中对不同学科领域应用的阐述,尤其让我印象深刻。它让我意识到,数学并非孤立的学科,而是渗透到我们生活方方面面的强大力量。无论是物理学中力与运动的描述,还是经济学中供需关系的分析,亦或是生物学中种群数量的预测,背后都闪烁着应用数学的光芒。我特别希望书中能够详细解释一些现实世界中的复杂问题是如何被数学模型所捕捉和解决的。例如,在城市规划中,如何利用图论优化交通流量?在医疗领域,如何运用统计学分析药物的疗效?这本书似乎在努力打破数学与现实之间的壁垒,让原本抽象的符号和公式,在实际应用中焕发出勃勃生机。每一次阅读,都像是一次头脑风暴,激发我用全新的视角去审视周围的世界,发现其中隐藏的数学之美。

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初次翻开《Introduction to Applied Mathematics》,我便被其封面设计所吸引,简洁而富有力量,仿佛预示着书中内容的严谨与深度。迫不及待地进入书页,我期待的是一次在数学世界里的智力探险,一次能够将抽象理论与现实世界巧妙连接的旅程。我猜想,这本书或许会带领我穿越代数、几何、微积分等基础数学的殿堂,但又不仅仅止于理论的陈述,它更侧重于“应用”,这意味着每一个公式、每一个定理都将拥有其独特的生命力,在解决实际问题的过程中闪耀光芒。想象一下,那些曾经看起来高深莫测的数学概念,在这里将化身为解决工程难题、理解经济模型、甚至洞察自然规律的强大工具。我渴望看到书中是否有对经典应用场景的深入剖析,比如如何运用微分方程模拟气候变化,或者如何用概率论来优化投资组合。更重要的是,我希望这本书能够培养我一种用数学思维去观察和分析世界的能力,让我不仅仅是一个被动接受知识的读者,而是一个能够主动运用数学武器去解决问题的实践者。或许,书中会提供一些循序渐进的案例研究,从简单的模型开始,逐步过渡到复杂的现实问题,让我在潜移默化中掌握应用数学的精髓。对于一个渴望将数学知识转化为实际价值的人来说,这绝对是一份充满期待的指南。

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居然没人评论啊,相当全面的书,里面有些练习题目是抄袭经典的Mathematical Methods for Physicists的,但是作者自己的解释非常的严谨明朗。

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