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出版者:地质

作者:陈玉东

出品人:

页数:288

译者:

出版时间:2005-8

价格:22.00元

装帧:

isbn号码:9787116045316

丛书系列:

图书标签:

• 精神病学
• 数字信号处理
• 信号处理
• 数字信号
• 傅里叶变换
• 滤波器设计
• 离散时间系统
• 频域分析
• 系统响应
• 采样定理
• 时域分析

宇宙的低语：信息、能量与结构演化 一本探索宇宙万物深层联系的宏大叙事 图书简介 本书并非聚焦于某一特定学科的狭隘领域，而是试图搭建一座横跨物理学、信息论、复杂系统科学乃至哲学思辨的桥梁，揭示宇宙从最基本的量子涨落到宏伟星系形成的漫长过程中，信息与能量是如何交织、互动并最终塑造出我们所见万物的基本规律。 我们生活的世界，是一个充满着“涌现”现象的复杂体系。从湍流中的漩涡到生物细胞内的信号传递，从金融市场的波动到黑洞的熵增，表象千差万别，但驱动这些现象背后的核心机制，往往指向信息处理与能量耗散的统一框架。本书将带领读者深入理解这些看似不相关的领域是如何通过共同的数学语言和物理原理联系起来的。 第一部分：信息之源——熵与结构的基础 本书的开篇将追溯“信息”概念的物理根源。我们不将信息视为纯粹的符号学概念，而是深入探讨它与热力学第二定律的深刻关联。 1. 玻尔兹曼的遗产与信息的不确定性： 我们将详细解析玻尔兹曼的统计力学如何定义了宏观状态与微观状态之间的联系——熵（Entropy）。熵不仅仅是“混乱”的度量，更是对系统微观可分辨程度的量化。我们将探讨如何利用信息论中的概念，如香农熵，来精确描述一个物理系统的无知程度。 2. 耗散结构与自组织： 在远离热力学平衡的状态下，物质和能量的流动如何自发地产生有序结构？本书将重点阐述普里高津（Prigogine）的耗散结构理论。我们将分析驱动自组织现象的必要条件——非线性动力学和持续的能量输入。从贝纳德对流的蜂窝状图案到化学振荡反应的钟形曲线，这些结构是如何在信息耗散的过程中“捕获”能量并维持自身低熵状态的。 3. 量子信息的基础：纠缠与测量： 将视角拉入微观世界，信息不再是经典的比特，而是量子比特（Qubit）。我们深入探讨量子纠缠这一“鬼魅般的超距作用”，并分析量子测量过程对信息状态的影响。量子信息论不仅是未来计算的基础，更是我们理解实在本质的关键。它揭示了信息和物理实在之间无法分割的关系：观察者（测量设备）本身也是一个物理系统，其参与必然引入信息交换和系统演化。 第二部分：能量的路径——从场到复杂网络 宇宙的演化史，本质上是一部能量传递与转化的历史。本书的第二部分着眼于能量如何在不同的尺度上被组织和引导。 4. 场论的几何语言： 我们将回顾经典电磁场和广义相对论中的场概念。场是空间中每个点都具有某种物理量的分布。场的动力学本质上描述了能量如何在时空中传播和交互。我们特别关注场论中对称性与守恒定律（诺特定理）的深刻联系，理解为何某些物理量是永恒不变的，这是宇宙结构稳定的根本保障。 5. 耗散中的传输效率：生物能学的视角： 生命系统是自然界中最精妙的能量与信息处理器。我们将分析光合作用和细胞呼吸链中能量梯度的精确利用。生物系统面临的挑战是如何在有限的时间内高效地进行能量转换，这必然涉及到最优化的路径选择。通过研究酶催化和膜电位的建立，我们可以看到信息（如底物分子结构）是如何指导能量流动的。 6. 混沌与预测的边界： 复杂的物理系统，如天气模式、流体湍流，往往表现出对初始条件的极端敏感性——即混沌。本书将利用庞加莱截面和李雅普诺夫指数等工具，量化系统的不可预测性。这并非意味着随机，而是指系统在相空间中沿着复杂的轨迹运动，其信息演化速度极快。混沌的存在为我们理解长期预测的物理极限提供了深刻的见解。 第三部分：结构的涌现——网络与计算的统一 在信息和能量的共同作用下，复杂的结构得以涌现。第三部分将聚焦于这些结构如何通过网络化的连接实现高级功能。 7. 网络科学的基本拓扑： 现实世界中的复杂系统——无论是神经元网络、互联网还是分子相互作用网络——都可以被抽象为图论中的网络。我们将介绍无标度网络（Scale-Free Networks）和小世界现象（Small-World Phenomenon）。这些拓扑结构是如何优化信息传输效率、提高网络鲁棒性，并加速复杂性演化的？ 8. 物理计算的极限与原理： 信息处理的本质是物理过程。我们将探讨邱奇-图灵论题的物理基础，并引入“比特的物理学”——即计算所需的最小能量耗散（兰道尔原理）。我们还会考察超越经典图灵机的计算范式，如量子计算和热力学计算，来理解信息处理能力在物理定律下的最终潜力。 9. 认知与宇宙的接口： 最后，我们将触及哲学前沿：意识是否可以被视为一种特殊的、高度集中的信息处理和能量耗散形式？本书将探讨诸如整合信息理论（IIT）等前沿模型，试图将我们对物理系统内部信息结构的理解，外推到对生命和心智的探索中去。宇宙的演化，从基本粒子到星系群，最终可能指向一种最大化信息整合与处理能力的方向。 总结： 《宇宙的低语：信息、能量与结构演化》是一次对实在本质的深度探寻。它要求读者跳出传统的学科藩篱，以一种跨学科的、系统性的视角来审视自然界中最根本的力量。通过对信息、能量、复杂性和结构的深入剖析，本书旨在揭示隐藏在万物现象之下的统一秩序，为理解我们所处的这个动态、不断演化的宇宙提供一个全新的认知框架。

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我之所以选择这本书，很大程度上是因为它传递出一种“实践导向”的教学理念。我一直认为，理论知识的学习固然重要，但如果不能与实际应用相结合，就容易变得空洞和枯燥。这本书的标题就暗示了它不仅仅是停留在理论层面，而是会深入到“处理”这个动作本身。我期待书中能够包含大量的案例分析，从实际的工程问题出发，引出所需的信号处理技术。比如，在处理噪声信号时，书中可能会介绍各种降噪算法，如均值滤波、中值滤波、小波去噪等，并分析它们各自的特点和适用范围。我希望书中能够详细介绍如何根据不同的噪声类型和信号特性来选择最合适的滤波方法，并且提供相应的代码实现。另外，关于信号的特征提取和识别，这在我看来是信号处理中非常具有挑战性但又极其有价值的部分。我设想，书中可能会涉及一些模式识别、机器学习在信号处理中的应用，例如如何利用傅里叶变换、小波变换等工具提取信号的有效特征，并用于分类或检测任务。我希望这本书能让我感受到数字信号处理的强大力量，并且能够激发我将所学知识应用于解决实际问题的热情。

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拿到这本书的时候，我首先注意到的是它的厚度，这让我感到既欣喜又有些许压力。欣喜是因为这通常意味着内容详实，能够深入探讨问题的方方面面；压力则在于，如此厚重的一本书，我真的能消化得了其中的知识吗？我期待这本书能够循序渐进地引导我进入数字信号处理的殿堂。我设想，它会从信号的基本分类开始，区分模拟信号和数字信号的特性，然后深入讲解数字信号的形成过程。我想象其中会包含大量的图表和示意图，用视觉化的方式来呈现复杂的概念，比如傅里叶变换的原理，它是如何将时域信号分解成频域成分的，又如何在频域中实现信号的滤波和增强。我也希望书中能提供一些实际的操作指导，哪怕是基于某个简单的编程语言，让我能够亲手实现一些基本的信号处理算法，比如卷积、相关等等。理论联系实际，这对我这样渴望动手实践的读者来说至关重要。如果书中能够提供一些案例研究，展示数字信号处理如何在实际工程问题中发挥作用，例如在通信系统中的抗干扰技术，或者在图像处理中的边缘检测，那将是锦上添花。我希望这本书能让我对数字信号处理有一个全面而深刻的理解，并且具备一定的实践能力。

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这本书的封面设计给我留下了深刻的第一印象，那种深邃的蓝色背景，辅以简洁而富有科技感的银色字体，仿佛预示着一场探索数字世界奥秘的旅程。我一直对“信号”这个概念充满好奇，它是如何被捕捉、处理并转化为我们能够理解的信息的？这本书的标题，直接点明了“数字信号处理”的主题，立刻勾起了我的兴趣。我猜想，它应该会从最基础的原理讲起，比如采样、量化、编码这些概念，这些听起来就充满了技术含量，但又像是连接现实世界与数字世界的桥梁。我希望书中能够用通俗易懂的语言来解释这些抽象的概念，避免过于艰深的数学推导，或者至少提供一些形象的比喻和实际的例子。毕竟，作为一个对这一领域充满好奇但又非专业出身的读者，我更倾向于理解“是什么”以及“为什么”，而不是死记硬背复杂的公式。我期望这本书能够揭示数字信号处理在现代科技中的广泛应用，比如我们每天使用的手机通信、音频和视频的播放，甚至到更前沿的人工智能领域，它们背后都离不开这一核心技术。我希望这本书能打开我的视野，让我看到数字信号处理是如何构建起我们这个高度互联和信息化的世界的。

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这本书的写作风格给我带来了一种耳目一新的感觉。我感觉作者在讲解复杂的概念时，并没有一味地堆砌公式，而是巧妙地运用了大量的类比和生动形象的比喻，这让我在阅读过程中感到轻松且富有启发。例如，在解释卷积操作时，作者可能将其比作一个“滑动窗口”在信号上移动，并进行加权求和，这个生动的画面感瞬间就让我抓住了核心思想。同时，书中对数学公式的运用也恰到好处，并没有让其成为压倒读者的负担，而是将其作为支撑概念的工具，清晰地展示了推导过程。我特别欣赏书中对一些经典算法的深入剖析，比如维纳滤波和卡尔曼滤波。我猜想，书中会对这些算法的原理、适用场景以及优缺点进行详细的解读，并且可能会提供一些伪代码或者实际的编程示例，让我能够尝试去实现它们。这对于我来说，是检验理解程度、加深记忆的最佳方式。我期望书中能够循序渐进地引导我掌握这些高级的信号处理技术，并让我对它们在各种工程领域（如控制系统、通信、雷达等）的应用有更深的认识。

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这本书的章节设置给我留下了深刻的印象，其逻辑清晰，层层递进，仿佛在为读者搭建一座知识的阶梯。我猜测，开篇一定会是关于信号的基本概念，像是离散时间信号、连续时间信号的定义，以及它们之间的转换。紧接着，很可能会介绍采样定理，这是数字信号处理的基石，没有它，我们就无法将连续信号转化为离散信号。我期望书中能够详细阐述采样定理的原理，以及过采样和欠采样的后果。之后，大概会转向数字滤波器的设计，这可是信号处理的核心环节。我设想，书中会详细介绍FIR（有限脉冲响应）和IIR（无限脉冲响应）滤波器，以及它们在设计上的优缺点。为了便于理解，我希望书中能够提供不同类型滤波器（如低通、高通、带通）的实际设计示例，并配以相应的数学推导和性能分析。此外，我强烈期待书中能够包含一些关于离散傅里叶变换（DFT）及其快速算法（FFT）的内容。这两种工具对于分析信号的频谱特性至关重要，例如在频谱分析、信号压缩等方面。我希望书中能用清晰的图示和易懂的语言来解释FFT的原理，并展示其在实际应用中的威力。

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