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出版者:上海交大

作者:李征帆毛军发

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2004-1

价格:48.00元

装帧:

isbn号码:9787313026682

丛书系列:

图书标签:

• EM
• 微波电路
• 高速电路
• 电路理论
• 电磁场
• 传输线
• 阻抗匹配
• 微波技术
• 射频电路
• 电路分析
• 电磁兼容性

复杂系统建模与仿真技术 图书简介 在当前科学研究和工程实践中，面对日益庞大且相互关联的复杂系统——无论是宏观的全球气候变化、生物生态网络，还是微观的集成电路内部运行机制、金融市场波动——传统的线性或简化分析方法已显现出其局限性。为了深入理解、预测和优化这些系统的行为，发展出精妙且实用的建模与仿真技术成为了跨学科研究的核心驱动力。《复杂系统建模与仿真技术》旨在系统地梳理和深入探讨当前前沿的建模范式、主要的数学工具以及先进的仿真实现方法，为读者提供一个全面而深入的技术蓝图。 本书严格聚焦于处理系统内在的非线性和多尺度特征。我们首先构建了理解复杂性的理论基础，从系统论的基本概念出发，过渡到非平衡态统计物理学的视角，阐明复杂系统区别于简单系统的本质特征，例如涌现现象（Emergence）、自组织性（Self-organization）以及路径依赖性（Path Dependency）。 第一部分：复杂系统建模的基石与范式 本部分奠定理解复杂系统的基础框架，并介绍主流的建模思路。 第一章：复杂性的数学刻画 本章深入探讨如何使用数学语言量化复杂性。内容涵盖信息熵的扩展应用（如有效复杂性、统计机械复杂度），图论在网络结构分析中的应用（包括小世界网络、无标度网络的度分布与聚类系数的精确计算），以及非线性动力学基础，重点剖析了吸引子（Attractors）、分岔理论（Bifurcation Theory）在描述系统定性转变中的作用。我们着重讨论了如何从时序数据中反演系统的动力学模型，包括约化维数方法，如延迟嵌入法（Time-Delay Embedding）。 第二章：基于主体的建模（Agent-Based Modeling, ABM） ABM是研究社会、经济和生物系统中个体异质性如何驱动宏观模式产生的强大工具。本章详细介绍了ABM的构建流程，从个体行为规则的设定（基于决策理论或学习算法）到环境交互机制的设计。特别关注于如何处理异构性、局部信息和通讯限制对全局行为的影响。我们提供了构建大规模、高性能ABM的软件工程实践，例如如何使用并行计算架构来加速数百万个体的仿真过程，并强调了模型验证（Verification）与确认（Validation）在ABM中的挑战与解决方案，例如与宏观统计数据的校准。 第三章：网络科学与动力系统耦合 现代复杂系统往往表现为网络结构。本章探讨如何将动力学模型嵌入到网络拓扑中。内容包括耦合振子系统（如Kuramoto模型在不同拓扑下的同步行为）、传播动力学（如SIS/SIR模型在真实网络中的扩散速度分析），以及网络鲁棒性分析，即系统在节点或链接随机失效或针对性攻击下的韧性评估。我们详细分析了网络结构对信息、疾病或故障传播的反馈效应。 第二部分：先进的仿真技术与计算方法 强大的模型必须辅以高效的计算工具。本部分聚焦于求解复杂系统方程和模拟其演化过程的数值技术。 第四章：高维微分方程的数值积分 对于连续时间系统，准确高效的数值积分至关重要。本章超越了标准的龙格-库塔法，重点介绍了隐式方法在处理刚性（Stiff）系统时的优势，例如BDF（Backward Differentiation Formulae）族方法。此外，我们深入探讨了变步长控制策略，特别是基于局部截断误差估计的步进算法，以确保在系统行为（如分岔点附近）快速变化时仍能保持数值稳定性与精度。 第五章：随机过程与蒙特卡洛方法 许多复杂系统内在包含不确定性（如噪声、随机事件）。本章详细阐述了随机微分方程（SDEs）的求解，特别是欧拉-马尔可夫方法和更精确的米尔斯坦（Milstein）方法。在蒙特卡洛模拟方面，重点介绍了重要性采样（Importance Sampling）和马尔可夫链蒙特卡洛（MCMC），用于高效地估计罕见事件的概率和高维积分，这在金融风险评估和稀有物理现象模拟中至关重要。 第六章：多尺度建模的融合技术 真实世界的复杂系统存在于多个时间尺度和空间尺度之上。本章介绍了如何有效连接不同尺度的模型，避免计算资源浪费。关键技术包括多尺度建模框架（Multiscale Modeling Frameworks），如介观尺度建模，以及粗粒化（Coarse-Graining）技术，例如在分子动力学中采用的有效势能方法，以及在宏观经济学中如何将微观个体行为转化为连续的平均场方程。我们着重讨论了尺度间信息传递的误差控制。 第三部分：模型分析、降阶与应用 模型建立后，如何从中提取有效信息并进行实际应用，是本部分的重点。 第七章：动力学降阶与模态分析 高维系统的本质往往隐藏在低维流形上。本章讲解降阶方法，包括Proper Orthogonal Decomposition (POD)和动态模态分解（Dynamic Mode Decomposition, DMD）。我们详细阐述了如何使用DMD从测量数据中直接提取系统的特征频率和空间结构，并构建一个低维的、具有物理意义的动力学模型，这在流体力学和振动控制领域具有直接应用价值。 第八章：不确定性量化（Uncertainty Quantification, UQ） 由于模型参数和初始条件的不可知性，UQ是复杂系统分析的必要步骤。本章聚焦于概率代理模型（Surrogate Models）的构建，如高斯过程回归（Gaussian Process Regression）和稀疏网格方法，以替代昂贵的高保真仿真。我们还涵盖了敏感性分析（Sensitivity Analysis），特别是Sobol指数法，用以识别哪些输入参数对系统的输出影响最大，指导实验设计和参数优化。 第九章：时空数据挖掘与模型修正 面对海量的系统观测数据，本章探讨如何利用数据驱动方法来修正或增强理论模型。内容包括数据同化技术，例如卡尔曼滤波及其扩展形式（EKF, UKF）在状态估计和模型在线修正中的应用。此外，我们探讨了物理信息神经网络（Physics-Informed Neural Networks, PINNs）如何将系统已知的微分方程约束集成到神经网络的训练过程中，实现对缺失数据的插值和物理上一致的预测。 本书结构严谨，理论推导详实，并辅以大量的工程案例和代码实现思路（基于Python与MATLAB环境），旨在培养读者将抽象的复杂系统概念转化为可操作的、可验证的计算模型的能力。它面向所有从事先进科学计算、系统工程、物理仿真以及需要处理非线性、多尺度挑战的研究人员和高年级学生。

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在我接触《微波与高速电路理论》之前，我对微波和高速电路的理解非常碎片化，很多概念都停留在模糊的认识阶段。这本书就像一把钥匙，为我打开了通往这个复杂世界的大门。它的内容覆盖面非常广，从最基础的传输线理论，到复杂的射频集成电路设计，几乎涵盖了微波和高速电路领域的核心知识点。我特别对书中关于功率放大器和低噪声放大器设计的部分印象深刻，作者详细讲解了各种性能参数的含义，以及如何根据设计需求选择合适的器件和拓扑结构。 让我印象深刻的是，本书在讲解过程中，非常注重数学推导的严谨性和物理意义的解释。虽然有些公式看起来很复杂，但作者总能用通俗易懂的语言将其背后的物理原理阐释清楚，让我能够理解“为什么”要这样推导，而不是仅仅记住“怎么”推导。此外，书中还包含了大量的实验数据和仿真结果，这对于验证理论的正确性和指导实际设计非常有帮助。我尤其喜欢书中关于阻抗匹配网络设计的章节，作者提供了多种计算方法和设计思路，并且还配有实际设计的案例，这让我能够快速掌握这一关键技术。

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这本书的出版，无疑为那些对微波和高速电路领域充满好奇但又不知从何下手的人们，提供了一本极佳的入门和进阶指南。其结构严谨，逻辑清晰，循序渐进地引导读者深入理解复杂的概念。对于我而言，阅读过程中最大的感受就是知识的叠加效应，每一个章节的内容都建立在前一章节的基础上，形成了一个扎实的知识体系。尤其是关于有源器件在微波电路中的应用，书中的分析过程非常详尽，从S参数模型到噪声系数的计算，再到稳定性分析，都给了我清晰的思路。 我个人认为，本书最大的亮点之一在于其对仿真工具的应用指导。在理论讲解的同时，书中穿插了对常用的电路仿真软件（如ADS、Spectre）在处理微波和高速电路问题时的操作要领和注意事项的介绍。这对于我这样希望能够快速将理论付诸实践的读者来说，提供了非常宝贵的参考。通过对书中提供的案例进行仿真，我能够更直观地验证理论的正确性，并从中学习到如何优化设计参数，提高电路性能。这种理论与实践相结合的学习模式，极大地提升了我学习的效率和兴趣。

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说实话，《微波与高速电路理论》这本书的内容，是我在其他同类书籍中很少见到的。作者在书中探讨了一些非常前沿且具有挑战性的议题，例如宽带阻抗匹配技术的最新进展，以及在极高频率下电路性能退化的根本原因。我尤其被书中关于电磁场与电路耦合的讨论所吸引，它深入地揭示了在微波和高速电路设计中，电磁效应是如何深刻影响电路性能的。 这本书的章节设置非常有特色，它并没有严格按照传统的教科书模式来组织内容，而是根据实际应用的需求，将相关的理论和技术有机地结合起来。例如，在讲解射频链路预算时，书中就非常巧妙地将噪声系数、增益、功率等概念整合在一起，并用一个完整的系统模型进行分析。这种“系统化”的讲解方式，让我能够更好地理解各个模块之间的相互影响，从而进行更全局的设计。此外，书中还包含了一些非常实用的设计技巧和经验，例如如何避免寄生振荡，以及如何优化PCB板的布局以减少信号干扰。这些内容对于工程师来说，无疑是宝贵的财富。

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老实说，我对于《微波与高速电路理论》这本书最初的期待并不是很高，但实际阅读体验却远超我的预期。作者的写作风格非常独特，他善于用一种非常“接地气”的方式来解释那些听起来高深莫测的物理现象和数学模型。我尤其喜欢他在介绍一些关键概念时，会引入一些生活中的类比，或者从历史发展的角度去讲述，这不仅让内容变得生动有趣，还帮助我更容易地记住和理解。 书中对于高频效应的讲解，如集肤效应、邻近效应以及分布参数的影响，都给出了非常直观的解释。我以前总是觉得这些效应很难把握，但通过本书的描述，我能清晰地看到它们是如何在实际电路中产生影响的。另外，关于信号完整性（SI）的章节，也让我对这个问题有了全新的认识。书中对反射、串扰、损耗等问题的分析，以及如何通过阻抗匹配、终端匹配、优化PCB布局等手段来改善信号质量，都提供了非常实用的指导。我尤其欣赏作者在分析问题时，会提供多种解决方案，并对它们的优缺点进行比较，这能够帮助我更全面地思考问题。

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这本《微波与高速电路理论》真是让我大开眼界，虽然我之前对这些领域并不是特别了解，但这本书的叙述方式和内容组织却出乎意料地引人入胜。我尤其欣赏它在理论讲解上的深度和广度，并没有简单地罗列公式和概念，而是深入浅出地剖析了微波和高速电路工作的根本原理。书中对各种传输线模型、阻抗匹配技术以及S参数应用的讲解，都配以了详实且易于理解的图示和实例，让我能够清晰地把握住核心概念。 更让我惊喜的是，作者在书中不仅关注了理论本身，还巧妙地将其与实际工程应用紧密结合。例如，在讨论噪声和失真时，书中列举了许多在实际设计中可能遇到的问题，并提供了切实可行的解决方案。这种将理论知识转化为解决实际问题能力的引导，对于我这样渴望学以致用的读者来说，简直是雪中送炭。我特别对其中关于电磁干扰（EMI）和电磁兼容性（EMC）的章节印象深刻，它让我意识到了在高速电路设计中，这些看似“软性”的问题，实则对电路的稳定性和性能有着至关重要的影响。书中对于屏蔽、接地、去耦等技术的阐述，不仅提供了理论依据，还给出了具体的实现建议，让我受益匪浅。

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