数值计算方法与上机实习指导

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出版者:北京大学出版社
作者:肖筱南
出品人:
页数:265
译者:
出版时间:2004-9
价格:15.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787301078556
丛书系列:大学生基础课教材
图书标签:
  • #数学基础
  • 数值计算
  • 数值分析
  • 计算方法
  • 上机实习
  • 高等数学
  • 算法
  • MATLAB
  • Python
  • 科学计算
  • 工程数学
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具体描述

本书是根据教育部最新颁布的全国理工科院校“计算方法”课程教学大纲要求,为理工科各专业本科生、研究生学习“数值分析”(计算方法)编写的辅导教材,特别适合与现行教材《现代数值计算方法》(北京大学出版社,2003)配套使用。全书共八章,每章分为四部分:第一部分“内容与算法提要”归纳简洁而鲜明、重点突出而清晰;第二部分“典型例题选讲”剖析详尽而深刻、方法独特而巧妙;第三部分“数值实习分析”指导深入而具体,程序清晰而精炼;第四部分“同步训练题萃”层次分明而综合,题型精粹而全面。此外,本书还提供自测试卷多套,并在附录中介绍了数学软件 MATLAB在现代数值计算中的应用。书末附有同步训练题萃及自测试卷答案,以供读者参考。本书是一部提高读者数值分析综合应用能力的学习指导书,读者对象为理工科院校各专业本科生和研究生(含工程硕士),对于参加同等学力人员申请硕士学位的“数值分析”考试与工程技术人员学习“数值分析”也极具参考价值。

计算机图形学与可视化技术 内容概要: 本书全面系统地介绍了计算机图形学和可视化领域的基础理论、核心算法以及前沿技术。全书结构清晰,内容详实,旨在为读者构建坚实的理论基础和熟练的实践能力。 第一部分:图形学基础与几何建模 本部分深入探讨了计算机图形学的基本概念、历史发展以及支撑图形生成的核心数学工具。 图形学基础概念: 详细阐述了计算机图形系统的基本组成、显示技术(如CRT、LCD、OLED的原理与特性)、人眼视觉感知模型(色彩模型、亮度感知)以及图形生成的基本流程。重点分析了图形硬件架构,包括GPU的发展历程及其在并行计算中的核心作用。 几何表示与变换: 涵盖了二维和三维几何对象的表示方法。在二维方面,讨论了线段、多边形、曲线的表示。在三维方面,重点讲解了参数曲面(如Bezier、B-Spline、NURBS)的数学定义、控制点操作、曲面求值方法及其在工业设计中的应用。 线性代数与几何变换: 深入解析了齐次坐标系在三维空间变换中的应用,详细推导了平移、旋转(欧拉角、四元数)、缩放等基本变换的矩阵表示。讨论了复合变换的顺序对最终结果的影响,并介绍了坐标系之间的转换方法。 实体建模技术: 介绍了构造实体几何(CSG)、边界表示(B-Rep)等主要的实体建模范式。重点分析了布尔运算在复杂模型构建中的应用及其拓扑约束的保持。 第二部分:光栅化、光线追踪与渲染技术 本部分聚焦于如何将三维几何模型转化为逼真的二维图像,涵盖了从基础的扫描转换到高级的全局光照算法。 扫描转换算法: 详细讲解了直线(DDA、中点算法)、圆(中点圆算法)以及多边形的扫描转换过程,重点分析了算法的效率和抗锯齿处理的必要性。 消隐处理: 阐述了判断物体表面可见性的各种算法。包括画家算法(Painter's Algorithm)的局限性,以及深度缓冲(Z-Buffer)算法的实现细节和性能考量。对于更复杂的场景,分析了区域划分技术(如BSP树)在提高消隐效率方面的作用。 基本光照模型: 详细介绍局部的光照模型,包括环境光、漫反射(Lambertian模型)和镜面反射(Phong模型、Blinn-Phong模型)的计算公式。讨论了材质属性(如反射率、粗糙度)对最终渲染效果的决定性影响。 高级渲染技术: 深入探讨了全局光照的计算方法。详尽介绍了光线追踪(Ray Tracing)的原理,包括射线与几何体的交点计算、递归反射与折射的实现。阐述了辐射度学(Radiosity)方法在处理柔和、间接照明场景中的优势与局限。同时,介绍了蒙特卡洛积分在现代渲染方程求解中的应用,如路径追踪(Path Tracing)。 第三部分:纹理映射与图像处理 本部分关注如何增加场景的视觉细节和真实感,并介绍了图像处理的基础工具。 纹理映射: 全面介绍纹理映射的原理,包括二维纹理到三维表面的参数化映射。详细讲解了纹理坐标的生成、过滤技术(最近邻、线性插值)以及MIP贴图技术,用于解决纹理在不同距离下的细节丢失和走样问题。 过程纹理与位移贴图: 讨论了使用数学函数生成纹理(如噪声函数——Perlin Noise)的方法,以实现更复杂的表面细节。引入了位移贴图(Displacement Mapping)的概念,说明其如何通过修改几何体本身的顶点位置来创建高频细节,提升模型真实度。 颜色与图像处理基础: 概述了数字图像的基本结构,包括像素、分辨率和色彩深度。介绍了基本的图像增强操作,如对比度拉伸、直方图均衡化。讨论了颜色管理中的色彩空间转换(如RGB到HSV/HSL)。 第四部分:可视化技术与应用 本部分将理论知识应用于实际的数据展示和人机交互领域。 数据可视化基础: 阐述了信息可视化和科学可视化的区别与联系。介绍了有效数据可视化的设计原则,包括数据的选择、映射的合理性以及避免视觉误导。 科学可视化技术: 针对三维标量场(如温度、压力分布)和向量场(如流体速度)的可视化方法。重点介绍了等值面(Isosurfacing)的提取算法(如Marching Cubes算法)以及体绘制(Volume Rendering)技术,如投影法和切片法。 可视化交互与动画: 讨论了在三维环境中实现有效交互的机制,如场景导航、对象选择和参数调整。介绍了关键帧动画的基本原理,以及如何通过插值算法(如样条插值)生成平滑的运动轨迹。 全书注重理论与实践的结合,大量配有算法伪代码和关键技术流程图,有助于读者深入理解并应用于实际的图形软件开发或科学研究项目中。

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读后感

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用户评价

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这本书的语言风格非常独特,它在保持学术严谨性的同时,又流露着一种恰到好处的亲切感,不像某些专业书籍那样高高在上,拒人千里。作者似乎非常理解初学者在面对矩阵分解或非线性方程求解时可能会产生的困惑点,因此在关键的定理证明或公式推导后,总会加入一些“旁注”或者“提点”,这些小小的文字如同经验丰富的导师在耳边低语,用通俗易懂的类比来解释那些晦涩的数学原理。比如,它解释迭代法的收敛性时,没有直接陷入复杂的级数分析,而是用了一个关于“走楼梯”的生动比喻,瞬间就将那个抽象的收敛半径概念拉到了日常生活的层面。这种叙事方式极大地降低了阅读门槛,使得那些原本被视为洪水猛兽的专业术语,也变得可以亲近起来。我个人非常欣赏这种以读者为中心的表达策略,它让学习过程不再是一场艰苦的拉锯战,而更像是一次富有启发性的探索之旅。

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这本书的封面设计简直是一场视觉盛宴,色彩的运用大胆而富有层次感,主色调的深邃蓝与点缀其间的亮黄色线条形成鲜明对比,仿佛在暗示着书中所涵盖的复杂计算过程背后隐藏的清晰逻辑。我拿到书时,首先被其扎实的纸张质感所吸引,内页的纸张没有丝毫的廉价感,印刷的字体清晰锐利,即便是最小的脚注也能看得一清二楚,这对于需要长时间沉浸在数学公式和代码细节中的读者来说,无疑是一个巨大的加分项。装帧的工艺也非常精良,书脊平整,即使是频繁翻阅,也丝毫没有松垮的迹象,这让我在使用过程中感到非常放心。这本书的排版布局也深得我心,图文并茂的呈现方式极大地减轻了阅读的枯燥感。那些复杂的算法流程图和关键概念的插图,都经过精心设计,不仅美观,更重要的是,它们有效地将抽象的数学概念具象化,使得初学者也能迅速抓住重点。整体来看,这本书在实体制作的每一个细节上都体现了出版方对读者的尊重和对知识的敬畏,单从物理形态上讲,它已经超越了一本普通的教材范畴,更像是一件值得珍藏的工具书。

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我花了整整一个周末的时间来梳理这本书的目录结构,发现其内容编排的逻辑性简直达到了教科书级别的严谨。它并非简单地罗列各种数值方法,而是构建了一个由浅入深的知识体系。开篇部分对数值误差、浮点运算等基础理论的阐述极其到位,为后续的高级主题打下了坚实的地基。接着,线性代数部分的数值解法被分解得如同瑞士钟表内部的齿轮,从高斯消元法的稳定性分析到特征值问题的迭代求解,每一步的推导都循序渐进,毫不拖泥带水,却又保证了足够详尽的解释。最让我赞叹的是,作者在介绍完理论之后,立刻就引入了对应的算法流程,这种“理论—流程”的衔接方式,极大地弥补了传统教材中理论和实践脱节的问题。这种结构安排,让读者在理解“为什么”的同时,也清楚地掌握了“怎么做”,而不是停留在空泛的理论探讨,这种紧凑而又覆盖全面的体系构建,显示了编著者深厚的教学功力和对学科脉络的深刻洞察。

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这本书的参考文献和索引部分的编排也体现了极高的专业素养。在每一章节的末尾,作者都会列出与本章内容深度相关的经典文献和最新的研究论文摘要,这为希望进行更深层次研究的读者提供了清晰的“下一步学习地图”。索引部分做得极为细致,几乎每个重要的术语、每一个核心公式的名称,都能在索引中被快速定位,查找效率极高,这对于需要经常回顾特定知识点的读者来说,简直是效率神器。此外,该书的“历史沿革”小节也颇具匠心,它简要介绍了某些关键算法(比如牛顿迭代法或QR分解)的发展脉络和贡献者,这种人文关怀的设计,让冰冷的数字背后多了一层历史的厚重感,使得读者在学习技术的同时,也能对科学史有所了解。总而言之,这本书的完备性、深度和对实践的关注度,使其成为了一部值得反复研读的经典参考资料,它的价值远远超出了其定价。

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在涉及上机实践的部分,这本书展现出了其作为“指导”的真正价值,其详尽程度让人感到无比踏实。它并没有仅仅提供伪代码,而是直接给出了在主流编程环境下(比如C++或Python环境下)可以直接运行和调试的完整源代码示例。更贴心的是,每一个代码块都配有详尽的注释,这些注释不仅解释了代码行是在实现哪个算法步骤,还深入探讨了不同实现方式之间的效率差异。我特别留意了它关于并行计算在数值积分中的应用这一章,作者不仅展示了如何划分任务,还细致地分析了数据同步带来的开销,这种对工程实现中“陷阱”的预警,是纯理论书籍里绝对看不到的宝贵经验。书中的案例数据和输出结果都是经过验证的,这为读者提供了一个即时反馈的平台,使得“手敲一遍代码,跑出正确结果”的成就感能够得到最大程度的保证,这种实践导向的设计,对于培养工程思维至关重要。

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