Discrete Geometry and Topology

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作者:I.S. Novikov
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isbn号码:9780821831472
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  • 拓扑学
  • 几何学
  • 拓扑学
  • 离散数学
  • 图论
  • 组合几何
  • 空间结构
  • 数学基础
  • 算法几何
  • 拓扑变换
  • 多面体理论
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具体描述

《离散几何与拓扑》是一部深入探索几何学和拓扑学这两个分支领域交叉与融合的学术著作。本书旨在为读者提供一个严谨而全面的视角,揭示离散结构如何在几何和拓扑的框架下得以研究和理解。 本书首先从离散几何的基础概念入手,详细阐述了多边形、多面体、点集、直线、曲线以及曲面在离散化处理下的特性。读者将学习到如何将连续的几何对象转化为由点、边、面等基本元素构成的离散结构,以及这些离散表示如何保留或近似原始对象的几何性质。书中会涉及计算几何的核心内容,例如凸包、三角剖分、Voronoi图以及Delaunay三角化等,这些都是在计算机图形学、机器人学、地理信息系统等领域至关重要的工具。此外,离散曲率、离散表面处理、离散微分几何等方面也将得到深入探讨,展示如何将微积分的思想推广到离散空间中,用于分析和操作离散几何模型。 接着,本书将目光转向拓扑学,重点关注离散拓扑学的最新发展。离散拓扑学研究的是在离散空间(如图、网格、胞复形等)中发生的拓扑现象。本书将从基础的拓扑空间定义开始,逐步引入离散拓扑空间的概念,并讨论连通性、紧致性、同胚性等基本拓扑性质在离散背景下的体现。读者将接触到诸如同调论、上同调论等代数拓扑工具,学习它们如何应用于分析离散空间的拓扑不变量,例如连通分支、孔洞数量以及更复杂的同伦群。本书还会深入研究同态、同伦等拓扑概念在离散结构上的应用,例如图的同伦等价、基于网格的形状分析等。 离散几何与拓扑的交汇点是本书的核心驱动力。本书将详细阐述这些领域如何相互促进,例如,离散的几何结构(如多面体、网格)可以被视为离散拓扑空间,从而可以运用拓扑学的工具来分析其内在性质;反之,拓扑学的理论概念也可以启发新的离散几何对象的构造和研究方法。本书将探讨以下关键主题: 离散曲面与拓扑: 深入分析由顶点、边、面构成的曲面的拓扑分类,例如可定向性、亏格等,以及如何通过离散化技术保留这些拓扑特征。将介绍基于离散微分几何的曲面参数化、映射和变形技术,以及它们在计算机视觉、医学成像等领域的应用。 复形与同调: 详细介绍单纯复形、胞复形等离散拓扑结构,以及如何利用同调论来计算这些结构的拓扑不变量,例如贝蒂数。本书将展示同调论在网络分析、数据可视化以及高维数据分析中的应用,揭示隐藏在复杂数据结构中的拓扑规律。 图论与拓扑: 从图论的角度出发,探讨图的拓扑性质,例如图的连通性、割集、桥等。本书将介绍图同构、图嵌入等概念,并讨论图的拓扑在网络科学、算法设计等领域的重要性。 形状分析与识别: 结合离散几何与拓扑的工具,探讨如何对形状进行有效的表示、比较和识别。本书将介绍基于几何特征(如曲率、高低频成分)和拓扑特征(如同调类、关键点)的形状描述方法,以及它们在物体识别、检索等应用中的优势。 高维数据分析: 随着大数据时代的到来,高维数据的几何与拓扑结构变得尤为重要。本书将介绍持久同调等新兴技术,如何从高维数据中提取出有意义的拓扑信息,揭示数据中的内在模式和结构。 本书内容丰富,理论严谨,既包含了经典的离散几何与拓扑理论,也涵盖了该领域最新的研究成果和发展趋势。本书旨在为数学、计算机科学、物理学、工程学等领域的学生、研究人员和从业者提供一本必备的参考书,帮助他们理解并应用离散几何与拓扑学的强大力量,以解决现实世界中的复杂问题。本书的语言清晰流畅,逻辑严密,力求将抽象的数学概念以易于理解的方式呈现给读者,同时保持学术研究的深度和广度。

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目录信息

读后感

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用户评价

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我最近刚翻完《离散几何与拓扑》,这本书给我留下了极其深刻的印象,仿佛推开了一扇通往全新数学世界的大门。作为一名对数学充满好奇但又并非专业人士的读者,我最初被这本书的书名所吸引,它似乎预示着一种将直观的几何形态与抽象的拓扑概念巧妙结合的探索。而在阅读过程中,这种预感得到了极大的满足。作者以一种引人入胜的方式,将看似晦涩的离散结构,如多面体、图论中的几何性质,以及与这些结构紧密相关的拓扑不变量,一一展现在读者面前。书中对细胞复形、同调群等基本概念的解释,尤其是我非常欣赏的部分,它们并非冷冰冰的定义堆砌,而是通过大量的例子和可视化描述,循序渐进地引导读者理解抽象的数学思想。例如,作者在介绍同伦时,用了“橡皮筋在物体表面拉伸和收缩”的比喻,这让我立刻茅塞顿开,明白了同伦的本质意义。而且,书中对于一些经典问题的阐述,比如四色定理的拓扑学视角,也让我看到了数学解决问题的多样性和深度。我特别喜欢其中关于“欧拉示性数”的章节,它不仅解释了这个看似简单的数字如何捕捉了形状的本质属性,还展示了它在不同几何对象之间的普适性,这真是一种数学上的美妙统一。这本书的语言风格既严谨又不失生动,让我在学习过程中始终保持着高度的兴趣,而不是被枯燥的公式所淹没。可以说,这本书为我打开了通往更深层数学理解的钥匙,它不仅仅是一本学术著作,更像是一次充满启迪的数学之旅。

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《离散几何与拓扑》这本书对我而言,就像是一次穿越数学迷宫的精彩探险。作者在引入“图论的几何性质”时,那种将抽象的节点和边映射到三维空间中的处理方式,着实令人耳目一新。我发现,原本在纸面上看到的图,在作者的笔下,立刻拥有了具体的几何形态和拓扑性质,这让我对图的理解不再局限于其连接关系,更看到了它所能承载的几何信息。书中关于“嵌入”和“交错数”的章节,给我留下了深刻的印象。作者通过生动形象的比喻,阐释了将一个抽象的图嵌入到三维空间中时,可能会出现的复杂情况,以及如何通过“交错数”来衡量这种复杂性。我尤其喜欢书中对于“纽结理论”的介绍,它将抽象的拓扑概念与日常生活中熟悉的“打结”联系起来,让我感受到了数学的趣味性和实用性。作者在解释“纽结不变量”时,并没有止步于理论,而是通过一些具体的例子,展示了如何计算这些不变量,以及它们在区分不同纽结时的作用。这种理论与实践相结合的讲解方式,让我对离散几何和拓扑学的认识更加深入。这本书不仅拓宽了我的数学视野,更让我学会了如何用一种全新的、更具几何直觉的方式去思考问题,这对我日后的学习和研究都将产生深远的影响。

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《离散几何与拓扑》这本书给我的最大感受,是它如同一把钥匙,为我开启了理解“形状”的更深层含义。作者在讲解“同调论”时,那种将几何对象转化为代数结构的思路,让我对数学的抽象化能力有了更深刻的认识。我记得书中对“链复形”和“链映射”的介绍,它们就像是数学家们搭建的精巧的桥梁,将离散的几何信息,通过代数运算,转化为可分析的拓扑不变量。作者的讲解方式非常细致,他会从最基本的“点”开始,逐步构建出更复杂的几何对象,并分析它们在代数上的表现。这让我明白了,即使是看起来很简单的几何性质,在经过抽象和转化后,也能展现出令人惊叹的数学结构。我对书中关于“万有覆盖空间”的例子印象尤其深刻,它将一个复杂的拓扑空间,通过“展开”的方式,转化为一个更易于理解的“树”的结构。这种“化繁为简”的数学思维,让我受益匪浅。这本书的优点在于,它并没有停留在理论的层面,而是通过大量的例子和计算,让读者能够亲身感受到离散几何和拓扑学的魅力。它不仅提升了我对数学的理解能力,更重要的是,培养了我解决问题的能力和对数学的探索精神。

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我与《离散几何与拓扑》这本书的邂逅,可以说是一场关于数学之美的发现之旅。作者在讲解“离散化”和“连续化”的转换时,那种将现实世界的连续几何对象,通过“网格”或“顶点”等离散元素来近似和描述的方法,让我眼前一亮。我特别欣赏书中对“三角剖分”和“四面体剖分”的详细介绍,它们不仅是将复杂的几何形状转化为可计算的离散结构,更重要的是,这些剖分本身就蕴含着丰富的拓扑信息。作者在解释“庞加莱猜想”的简单版本时,那种将三维球体与一个“无孔的球体”进行类比,并最终通过拓扑不变量来证明两者是等价的思路,让我感受到了数学证明的强大力量和逻辑之美。这本书的写作风格非常具有感染力,作者在字里行间流露出对数学的热爱,这种热情也深深地感染了我,让我在学习过程中始终保持着饱满的热情和好奇心。此外,书中关于“曲率”的离散化计算方法,也让我看到了离散几何在计算机图形学和科学计算等领域的实际应用潜力。这本书不仅仅是知识的传授,更是一种数学精神的启迪,它让我更加热爱数学,并渴望进一步探索更广阔的数学世界。

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我对于《离散几何与拓扑》这本书的整体感觉是,它是一部将数学的严谨性与艺术性完美融合的杰作。作者在处理离散结构和拓扑概念时,展现出了非凡的洞察力。我对书中关于“单纯复形”和“同调论”的阐述印象尤为深刻。作者并没有简单地罗列定义,而是通过构建一个由点、线、面、体等基本单元组成的抽象几何空间,来阐释这些概念的内在联系。这让我理解到,即使是看似离散的单元,通过恰当的连接方式,也可以构建出具有丰富拓扑性质的复杂结构。尤其是关于“边界算子”和“核/像”的讨论,作者通过大量的计算示例,让我切实地感受到了代数工具在刻画几何结构时的强大力量。当我读到书中关于“基本群”的章节时,我更是惊叹于作者如何将“绕圈”这一简单的行为,抽象成一个具有强大区分能力的拓扑不变量。那个关于“在球面上画圈的同伦等价性”的例子,至今仍在我脑海中回荡。这本书让我意识到,离散几何并非仅仅是点、线、面的堆砌,而是蕴含着深刻的结构性和不变性。作者的写作风格非常具有引导性,能够带领读者逐步深入,理解那些初看起来似乎遥不可及的数学思想。而且,书中选取的例子也十分经典,能够帮助读者建立起对抽象概念的直观认识,并感受到数学的魅力所在。

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《离散几何与拓扑》这本书,对我而言,是一次对数学理解的全新启蒙。作者在阐述“不动点定理”及其在离散几何中的应用时,那种将抽象的数学概念与具体几何问题巧妙结合的方式,让我惊叹不已。我记得书中关于“布劳威尔不动点定理”的介绍,它不仅揭示了在特定条件下,一个连续映射必然存在不动点的深刻数学原理,更重要的是,作者通过“画图”和“分割”等离散化的方法,展示了如何近似地寻找这些不动点。这让我看到了数学理论的普适性和强大应用潜力。我对书中关于“离散不动点定理”的推导过程印象尤为深刻,它将高深的拓扑学概念,转化为可以计算的组合学问题,这使得原本难以企及的数学思想,变得触手可及。这本书的写作风格非常引人入胜,作者在字里行间流露出对数学的严谨态度和对知识的深刻理解,这使得我在阅读过程中,不仅能够掌握知识,更能感受到数学的魅力。它不仅为我打开了离散几何和拓扑学的新世界,更重要的是,它培养了我用数学思维去分析和解决问题的能力,让我对未来的学习和研究充满了信心和期待。

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阅读《离散几何与拓扑》的过程,让我深刻体会到了数学的严谨性与创造性之间的奇妙互动。作者在讲解“多面体”的几何与拓扑性质时,那种对细节的关注和对整体结构的把握,都令我赞叹不已。我记得书中对“正多面体”的分类和分析,不仅展示了它们在几何上的对称性和规律性,更重要的是,通过“欧拉示性数”等拓扑不变量,揭示了它们在拓扑上的本质属性。作者并没有简单地给出结论,而是通过详细的推导和论证,引导读者一步步理解这些结论的来龙去脉。这让我明白了,数学的每一个结论,都建立在严谨的逻辑推理之上。我特别欣赏书中关于“多面体的对偶”的章节,作者通过将面与顶点互相转换,展示了多面体之间存在的深刻对偶关系,这就像是在数学的世界里发现了一个隐藏的对称美。此外,书中对于“顶点可数性”和“边可数性”等概念的清晰阐述,也让我对多面体的结构有了更深入的理解。这本书的语言风格十分流畅,即使是面对一些复杂的数学证明,也能在作者的引导下,逐渐理清思路,找到其中的逻辑线索。它不仅仅是一本教科书,更像是一位循循善诱的老师,指引着我在数学的海洋中不断前行。

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我翻阅《离散几何与拓扑》的过程,就像是在探索一个充满惊喜的数学迷宫,每一个章节都揭示着形状与空间之间更深刻的联系。作者在介绍“施加边界的复形”和“纤维丛”时,那种从局部性质推导全局性质的思路,让我领略到了数学的严谨与优美。我特别喜欢书中关于“施加边界的流形”的讲解,作者通过对“光滑曲面”的“切割”和“粘贴”等操作,展示了如何构建更复杂的拓扑结构。这让我看到了数学的创造性,如何通过简单的操作,构建出无限多样的数学对象。我对书中关于“纤维丛”的介绍印象尤为深刻,它将抽象的“纤维”与“基空间”的连接方式,通过“局部平凡化”和“整体性”等概念,巧妙地联系起来。这让我明白了,数学家们如何用抽象的语言,来描述和分析现实世界中的复杂现象。这本书的语言风格十分清晰,作者在解释复杂概念时,总是能够提供直观的例子和生动的类比,这使得原本枯燥的数学知识变得生动有趣。它不仅让我学到了丰富的离散几何和拓扑学知识,更重要的是,它培养了我独立思考和解决数学问题的能力,让我对数学充满了更深的敬畏和热爱。

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《离散几何与拓扑》这本书的编排方式真的非常人性化,对于初学者来说,绝对是一本不可多得的入门指南。我尤其欣赏作者在引入复杂概念时所采用的循序渐进的方法。比如,在讲解“流形”这个核心概念时,作者并非直接给出定义,而是从我们熟悉的二维曲面(如球面、环面)入手,逐步分析它们的局部性质,然后引出“局部欧几里得性”这一关键特征。这种“由表及里”的讲解方式,让我在理解“流形”这个抽象概念时,不再感到无从下手。书中大量精美的插图,对于我这样更偏向视觉化学习的读者来说,简直是如获至宝。这些插图不仅仅是为了美观,它们更是对抽象数学概念的直观呈现。例如,在介绍“同胚”时,书中就用了“一个甜甜圈和一个马克杯之间存在同胚”的经典例子,并配以生动的图形,清晰地展示了它们在拓扑意义上的等价性。这种将数学理论与直观图像相结合的处理方式,极大地降低了理解门槛。我还可以毫不夸张地说,这本书让我对“拓扑学”这个原本听起来高深莫测的学科产生了浓厚的兴趣,并且开始尝试用新的眼光去审视周围的世界,发现许多平凡的物体都蕴含着深刻的拓扑学意义。这本书的优点在于,它并没有止步于概念的介绍,而是通过一些简单的证明和定理,展示了这些概念在实际问题中的应用,这对于我来说,是学习数学过程中非常重要的驱动力。

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《离散几何与拓扑》这本书为我打开了理解“几何对象”的新视角,让我不再仅仅将其视为静态的图形,而是看到了它们所蕴含的动态的、可变形的拓扑属性。作者在介绍“表面”的分类和性质时,那种将看似复杂的曲面,通过“切割”和“粘合”等操作,归结为基本类型的处理方式,极具启发性。我记得书中关于“环面”和“克莱因瓶”的介绍,不仅展示了它们在几何上的直观形态,更重要的是,通过“边界”和“可定向性”等拓扑概念,深刻地揭示了它们在拓扑上的根本区别。作者的讲解方式非常巧妙,他会先从直观的例子入手,然后逐步抽象化,最终引出核心的数学概念,这种循序渐进的过程,让我能够更好地理解抽象的理论。我对书中关于“同伦等价”的讨论印象尤其深刻,作者通过“橡皮筋”的比喻,生动地解释了在拓扑学中,两个可以相互连续变形的图形被认为是等价的。这让我认识到,拓扑学关注的并非形状的精确度,而是其内在的结构和不变性。这本书的优点在于,它不仅教授了知识,更重要的是培养了我的数学思维方式,让我能够用更抽象、更普遍的眼光去分析和理解问题,这对我今后的学习和发展都将是莫大的助益。

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