具体描述
本书系统地讲述了MATLAB的基本技术，内容包括基本计算、数值运算、程序设计、绘图、符号运算、用户图形界面设计、Simulink仿真等方面。
本书在精心选才的基础上，采用“精讲多练”的风格编排，注重实践与理论结合，配备了大量实用的例题与习题，让读者能在最短的时间、以最小的投入掌握MATLAB运算技巧，从而迅速具备解决本专业实际工程问题的能力。
本书非常适合高等学校相关课程的教学参考书，也可作为工程技术人员的学习参考用书。
编程思想的基石：从零构建高效能计算思维 一本关于计算科学、算法设计与系统优化的深度探索之作 目标读者： 渴望深入理解现代软件架构、优化底层性能，并希望掌握独立解决复杂计算难题的工程师、科研人员、高级学生及技术爱好者。 核心定位： 本书并非聚焦于某一特定软件工具的使用手册，而是致力于构建读者坚实的计算科学理论基础、严谨的算法设计思维，以及对高效能系统架构的深刻理解。我们相信，真正的编程能力源于对“计算”本质的洞察，而非对API的死记硬背。 --- 第一部分：计算的抽象与数学基础重构 本部分旨在为读者打下坚实的理论基石，超越表层的编程语法，直击计算的核心逻辑。 第一章：离散数学在现代工程中的重现 本章将探讨离散数学，尤其是图论、集合论与逻辑代数，在现代计算机系统中的实际应用。我们将详细分析布尔代数在硬件加速器设计中的简化技巧，例如使用卡诺图（Karnaugh Maps）进行逻辑门优化，以及如何利用集合的范畴理论来描述和验证软件的状态机模型。重点关注有限状态自动机（FSA）在编译器前端词法分析中的严格应用，以及如何利用正则文法来构建高性能的输入解析器。 第二章：数值分析：精度、稳定性的权衡艺术 在处理真实世界数据时，浮点运算的特性是不可回避的挑战。本章深入讨论浮点数的IEEE 754标准的内部机制，分析舍入误差（Round-off Error）的累积效应，并介绍条件数和前向/后向误差分析，用以评估数值方法的可靠性。我们将对比不同矩阵分解方法（如LU、QR分解）在病态矩阵上的表现差异，并探讨迭代法（如雅可比法、高斯-赛德尔法）的收敛性判据，强调其在超大规模线性系统求解中的效率优势。 第三章：信息论与数据压缩的底层原理 超越简单的文件压缩工具，本章从信息熵的视角审视数据的本质。详细解析香农-范诺编码和霍夫曼编码的构造过程，并将其与更现代的算术编码进行对比，重点分析其在熵编码效率上的差异。此外，本章将引入最小描述长度（MDL）原则，探讨其在模型选择和复杂度控制中的指导作用。 --- 第二部分：算法设计与性能优化范式 本部分聚焦于如何设计高效、可扩展的算法，并掌握在不同计算模型下进行性能调优的通用策略。 第四章：高级数据结构与内存访问优化 高效的数据结构是算法性能的物理基础。本章将深入剖析B树及其变体（如B+树）在磁盘I/O受限环境下的性能优势。我们将详细讲解缓存友好性（Cache-Friendliness）的概念，分析空间局部性和时间局部性如何影响实际执行时间。通过具体的C/C++代码示例，演示如何通过数据结构重排（如数组的“口袋化”布局）来最大化L1/L2缓存的命中率，并讨论非一致性内存访问（NUMA）架构下的内存分配策略。 第五章：分治、动态规划与贪心策略的精妙应用 本章着重于算法设计范式的哲学选择。在动态规划部分，我们将通过背包问题的各种变体和最短路径问题（如Bellman-Ford算法对负权边的处理）来阐释最优子结构和重叠子问题的识别技巧。对于贪心算法，我们将严格证明其局部最优解能够导出全局最优解的条件（例如，霍夫曼编码）。最后，我们将探讨分治法在并行计算环境下的自然优势，例如快速傅里叶变换（FFT）的递归结构。 第六章：并行计算模型与并发控制机制 现代计算环境无法脱离并行性。本章将区分指令级并行（ILP）、数据级并行（DLP）和任务级并行（TLP）。我们将深入研究锁的粒度问题、死锁的预防与检测（例如使用资源分配图），以及无锁数据结构（Lock-Free Structures）的设计原理，特别是Compare-and-Swap (CAS)原语在实现高性能原子操作中的关键作用。本章将帮助读者理解如何从硬件架构层面指导软件的并发设计。 --- 第三部分：系统级编程与性能剖析 本部分将视角从抽象算法拉回到具体的系统实现，探讨如何构建健壮、快速的底层软件。 第七章：编译器的优化流水线与代码生成 理解编译器如何将高级语言转化为机器指令，是性能优化的终极武器。本章将剖析中间表示（IR）的作用，重点讲解常量折叠、循环展开（Loop Unrolling）以及自动向量化等关键优化技术。我们将讨论如何通过调整编译器标志（Flags）来引导编译器生成更优的代码，并分析函数内联对程序整体性能的利弊权衡。 第八章：I/O系统与存储层次的深入理解 磁盘读写和网络延迟往往是性能瓶颈的根源。本章超越标准的文件操作，探讨异步I/O模型（AIO）的工作原理，并分析缓冲区管理和零拷贝技术（Zero-Copy）如何显著减少数据在用户空间和内核空间之间的传输开销。对于数据库和文件系统设计者，本章还将介绍Journaling和Write-Ahead Logging (WAL)机制，以确保数据持久性和一致性。 第九章：性能度量、分析与瓶颈诊断 “没有度量，就没有优化。”本章教授如何科学地衡量软件性能。我们将详细介绍性能分析工具（Profilers）的使用，重点讲解采样（Sampling）与事件驱动（Tracing）分析方法的适用场景。通过分析CPU周期计数器、缓存未命中率和分支预测失败率等硬件性能计数器（PMC），读者将学会如何精确地定位代码中的热点区域，避免基于直觉的无效优化。 --- 本书特点总结： 本书的叙事逻辑是从理论到实践，从抽象到具体。我们不提供任何特定软件包的快速入门指南，而是提供一套通用的、跨平台的计算思维框架。读者学到的将是解决任何计算问题的核心能力——如何进行数学建模、如何选择最优的算法范式、如何在硬件限制下进行系统级调优。它是一本关于如何思考计算的书籍，旨在培养下一代拥有深刻工程洞察力的技术领导者。
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