遗传学

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出版者:科学出版社
作者:哈特韦尔
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1900-01-01
价格:78.0
装帧:平装
isbn号码:9787030110985
丛书系列:
图书标签:
  • 基因
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  • 遗传规律
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具体描述

《遗传学:从基因到基因组(影印版)》适用于高等院校生命科学、医药卫生、农林渔牧等专业师生。

好的,这是一本关于量子计算与信息安全的图书简介,内容详实,力求自然流畅。 --- 量子信息时代:从基础理论到前沿应用 一本深入剖析量子力学原理、量子计算架构及其对现代信息安全体系带来颠覆性影响的权威著作。 图书定位: 本书面向具有一定数学和物理基础的读者,包括计算机科学专业学生、密码学研究人员、信息安全工程师、以及对尖端科技抱有浓厚兴趣的科技工作者。它不仅是理论学习的坚实教材,更是实践探索的指路明灯。 全书结构与核心内容概述: 本书共分为六大部分,约三十章,从量子力学的基本公设出发,逐步构建起量子信息处理的理论框架,并详细阐述了当前主流的量子计算模型及其面临的工程挑战。 第一部分:量子力学的基石与信息论的重生 (Foundations) 本部分旨在为读者打下坚实的数学和物理基础,确保理解后续复杂概念所需的先决知识。 1. 量子力学的数学表述: 深入讲解了希尔伯特空间、算符理论、态矢量表示(狄拉克符号)以及概率诠释。重点剖析了线性代数在描述量子系统中的不可替代性。 2. 核心概念解析: 详尽讨论了叠加态、测量坍缩、量子纠缠(Entanglement)的概念及其物理意义。特别对比了经典比特与量子比特(Qubit)在信息承载能力上的本质区别。 3. 量子信息的数学框架: 引入密度矩阵描述混合态,探讨量子信息熵(冯·诺依曼熵)与经典香农熵的差异,奠定了信息论在量子领域的数学基础。 4. 量子力学的不确定性与局域实在性: 深入分析贝尔不等式及其实验验证,阐释了量子力学的非定域性(Non-locality)对经典直觉的冲击。 第二部分:量子计算的通用模型与算法设计 (Universal Computation) 本部分聚焦于如何利用量子特性进行有效计算,并系统介绍最具影响力的量子算法。 1. 量子逻辑门与电路设计: 详细介绍了单比特门(如泡利门、Hadamard门)和多比特门(如CNOT、Toffoli门)的构造、矩阵表示及其酉演化特性。重点阐述了通用量子门集的完备性。 2. 量子计算模型: 探讨了电路模型(Circuit Model)作为主流计算范式,并对比了绝热量子计算(Adiabatic Quantum Computation)和拓扑量子计算(Topological Quantum Computation)的优劣及实现难度。 3. 核心量子算法精讲: Shor算法: 详细拆解大数质因数分解的原理,揭示其对现有公钥密码体系的威胁。 Grover算法: 阐释如何实现对无序数据库的二次加速搜索,并分析其适用范围。 量子相位估计算法 (QPE): 作为许多更复杂算法(如量子化学模拟)的核心子程序,对其数学过程进行严谨推导。 4. 量子模拟: 探讨如何利用量子计算机模拟复杂的量子多体系统,特别是材料科学和化学反应模拟中的潜在突破。 第三部分:量子硬件的工程挑战与实现路径 (Hardware Realization) 理解量子计算的潜力必须正视其实际工程实现的巨大难度。本部分全面梳理了当前主流的物理实现方案。 1. 超导量子比特 (Superconducting Qubits): 详细介绍基于约瑟夫森结的Transmon和Flux Qubit的原理,讨论退相干时间(Decoherence Time)和门操作保真度(Fidelity)的限制因素。 2. 离子阱系统 (Trapped Ions): 阐述如何利用电磁场囚禁单个离子,并利用激光实现高保真度的量子门操作,探讨其在连通性(Connectivity)方面的优势。 3. 光量子计算 (Photonic Quantum Computing): 介绍基于单光子源、分束器和线性光学元件的计算模型,重点分析了“测量驱动计算”的潜力。 4. 其他新兴架构: 简要介绍拓扑量子比特(如Majorana费米子)和半导体量子点(Quantum Dots)的最新进展。 5. 噪声与纠错: 深入讨论量子比特面临的噪声源,并详细介绍量子纠错码(Quantum Error Correction Codes),如表面码(Surface Code),及其对实现容错量子计算(Fault-Tolerant QC)的关键作用。 第四部分:信息安全的量子冲击 (The Cryptographic Threat) 本部分是全书的焦点之一,专门分析量子计算对现有信息安全基础设施的直接威胁。 1. 公钥密码体系的脆弱性: 重新审视RSA和椭圆曲线密码(ECC)的数学难题(大数因子分解和离散对数问题),并量化Shor算法带来的破解速度。 2. 对称密码学的韧性: 分析Grover算法对AES等对称加密算法的加速效果,探讨密钥长度应如何调整以维持同等安全级别。 3. 后量子密码学 (Post-Quantum Cryptography, PQC): 全景式介绍抗量子攻击的新型加密方案,包括: 基于格(Lattice-based)的加密(如Kyber, Dilithium)。 基于哈希(Hash-based)的签名(如XMSS, LMS)。 基于编码(Code-based)的加密(如McEliece)。 多变量多项式(MQ)密码。 4. 标准化进程: 详细解读NIST(美国国家标准与技术研究院)后量子密码竞赛的最新进展及入选算法的技术特点。 第五部分:量子通信与安全的未来 (Quantum Communication & QKD) 本部分探讨量子力学如何不仅破坏现有安全,也能构建全新的、理论上无条件安全的通信方式。 1. 量子密钥分发 (Quantum Key Distribution, QKD): 深入剖析BB84协议、Ekert91协议的原理和安全性证明。重点解释了“测量不可克隆定理”如何保证窃听的不可行性。 2. QKD系统的实际部署挑战: 讨论光纤信道损耗、单光子探测器的效率限制以及实现远程安全通信的实用技术(如信任节点和量子中继器)。 3. 量子隐形传态 (Quantum Teleportation): 详述其原理,明确区分“态的传输”与“物质的传输”,并讨论其在构建未来量子互联网中的作用。 4. 量子网络构想: 展望未来基于纠缠分发和量子存储器的全球量子信息网络蓝图。 第六部分:前沿应用与伦理展望 (Frontier Applications) 最后一部分将视角从纯理论和安全领域拓展至更广阔的实际应用和哲学思辨。 1. 量子机器学习 (Quantum Machine Learning, QML): 探讨如何利用量子算法加速数据处理、特征提取和模型训练,包括量子支持向量机(QSVM)和量子神经网络(QNN)的初步框架。 2. 金融建模与优化: 应用量子算法解决复杂的组合优化问题,例如投资组合优化和风险管理中的蒙特卡洛模拟加速。 3. 数据安全与隐私保护的融合: 讨论如何在后量子时代结合同态加密、安全多方计算与量子安全技术,构建全生命周期的数据保护体系。 4. 计算的哲学与未来: 探讨量子计算对“可计算性”边界的拓展,以及信息、物质与宇宙本质的深层关系。 本书特色: 理论与实践并重: 提供了大量的数学推导,同时配备了基于Qiskit或Cirq等主流框架的编程示例(代码片段穿插于相关章节),便于读者上机验证。 前瞻性强: 紧密跟踪NIST PQC的最新进展和主流硬件平台的迭代,确保内容的时效性。 系统性高: 首次将量子计算、量子通信和后量子密码学三大支柱在一个框架内进行全面、深入的整合论述。 --- 阅读本书,您将掌握: 从薛定谔方程到量子纠错码的完整知识链条。 如何评估现有加密系统的抗量子攻击能力。 设计和理解基于后量子密码学的新一代安全协议所需的核心技术。 对当前量子硬件实现方案的优缺点及未来发展趋势的深刻洞察。

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用户评价

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这本书的体例设计相当考究,每个章节都围绕一个核心主题展开,逻辑清晰,层层递进,让我这个门外汉也能轻松跟上作者的思路。我特别喜欢作者在讲解复杂的分子生物学过程时,所使用的类比手法。例如,在描述DNA复制时,作者将其比作一本由无数页面组成的巨大书籍,而复制的过程就像是精心校对、逐字逐句地复印,确保信息的准确无误。这种形象的比喻大大降低了理解门槛,让我能够更直观地把握那些抽象的概念。书中关于基因连锁和重组的章节,更是让我大开眼界。我从未想过,即使是同一条染色体上的基因,也并非总是“形影不离”,它们会因为“染色体互换”而发生“重新组合”,从而产生新的基因组合。这种“基因的重组”就像是为生物体注入了源源不断的新鲜血液,是进化和适应环境的重要驱动力。作者通过大量的实验数据和案例,生动地展示了这些理论的实际应用,比如在植物育种和家畜选育中的作用。我甚至开始思考,在人际关系中,那种既相似又不同的“家庭特质”,是否也与这些基因连锁和重组的机制有着千丝万缕的联系?这本书不仅仅是在传授知识,更是在培养我的思辨能力,让我能够从更宏观的角度去理解生命现象。

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这本书的文字表述极其严谨,每一个术语的定义都精确到位,而且作者在引入新概念时,总是会先给出相关的背景知识和历史发展脉络,这对于我这样想要深入理解某个领域的人来说,是极其重要的。比如,在讲解“基因型”和“表型”时,作者首先回顾了早期对性状遗传的认识,然后引出基因作为遗传物质的基础,再到基因如何决定生物体的外在表现。这种“溯本追源”的叙述方式,让我对这些基本概念的理解更加牢固。书中关于“多基因遗传”的讨论也让我印象深刻。原来,我们所看到的很多复杂性状,比如身高、肤色,并非由单个基因控制,而是多个基因共同作用的结果。这解释了为什么在家族中,这些性状的遗传规律不像单基因遗传那样清晰可见,但也正是这种复杂性,构成了生物体丰富的变异基础。我开始尝试用更加宏观的视角去观察周围的人和事,思考那些看似偶然的现象背后,是否也隐藏着基因的“精密计算”。这本书让我体会到,真正的科学理解,是建立在对细节的把握和对整体的洞察之上的。

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这本书的价值远不止于课堂知识的补充,它更像是一扇通往未来科技的大门。我对基因工程和生物技术的发展一直抱有极大的兴趣,而《遗传学》这本书,让我看到了这些技术背后最核心的科学原理。书中对于基因测序、基因编辑(CRISPR-Cas9系统)的介绍,让我深刻理解了这些颠覆性技术是如何实现的,以及它们可能带来的巨大影响。我被书中关于“基因治疗”的潜力所震撼,想象着有一天,许多曾经被认为是“不治之症”的疾病,能够通过精准的基因干预而得以治愈。当然,书中也探讨了这些技术可能面临的伦理和社会挑战,这让我意识到,科学的发展必须与人文关怀和社会责任并重。作者并没有回避这些复杂的问题,而是以一种客观、理性的态度进行了探讨,引导读者进行深入的思考。我开始关注新闻中关于基因编辑婴儿的争议,并尝试从这本书中找到更深层次的理解。这本书让我看到了科学的无限可能性,也警示我,在拥抱科技进步的同时,更需要保持一份审慎和敬畏。

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这本书的深度和广度都令人印象深刻,它不仅仅局限于基础的遗传学原理,还触及了更广泛的生物学领域。我尤其对书中关于“进化遗传学”的部分感到着迷。作者将遗传学原理与达尔文的进化论相结合,解释了基因突变、基因漂变、自然选择等机制是如何驱动生物体不断进化的。我开始理解,为什么地球上的生物种类如此繁多,并且它们都能够如此“完美”地适应各自生存的环境。原来,这一切都源于遗传变异和自然选择的长期作用,而基因,就是这场宏大生命演化史的“记录者”和“推动者”。书中还提到了“群体遗传学”,让我了解了基因在种群中的传播和变化规律,以及这些规律如何影响着一个物种的未来。我开始思考,人类社会的发展,是否也受到类似群体遗传学规律的影响?我们的文化、习俗,是否也像基因一样,在群体中不断传播和演变?这本书让我从一个更宏观、更长远的视角去审视生命,思考人类在漫长的生命演化进程中所处的位置。

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阅读《遗传学》的过程,就像是在解开一个又一个关于生命起源和演化的谜团。我一直对人类的起源和进化非常感兴趣,而这本书为我提供了最坚实的科学基础。书中关于孟德尔遗传定律的阐述,简直是如同教科书般的经典,清晰地解释了显性、隐性基因以及基因分离和自由组合的原理。当我理解了这些基础理论后,再回过头去看生活中那些关于“隔代遗传”或者“性状不一致”的现象,就豁然开朗了。我开始尝试将这些原理应用到我的家庭成员身上,虽然只是粗略的推测,但那种“原来如此”的顿悟感,确实让人欣喜。更让我着迷的是,书中关于“遗传物质”的探索历程,从早期对蛋白质和核酸的争论,到最终DNA被确认为遗传物质的决定性实验,整个过程充满了科学家的智慧、毅力和对真理的执着追求。我仿佛置身于那个时代,与他们一起经历了科学发现的跌宕起伏。这本书的叙述方式并不枯燥,反而充满了故事性,让我在学习知识的同时,也感受到了科学探索的魅力。它让我明白,每一个伟大的科学发现,都离不开前人的积累和无数次的尝试。

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这本书的阅读体验是令人愉悦的,作者的文字功底深厚,即使在描述一些高度抽象的理论时,也能保持足够的吸引力。我尤其喜欢书中关于“基因组学”和“生物信息学”的介绍,让我窥见了遗传学未来的发展方向。我了解到,随着基因测序技术的飞速发展,科学家们已经能够获取完整的基因组信息,并通过生物信息学的方法来分析这些海量的数据。这为我们研究基因的功能、探索疾病的发生机制、甚至开发个性化医疗提供了前所未有的机遇。书中还提到了“表观遗传学”的概念,让我了解到,除了DNA序列本身的改变,基因的表达还可以受到其他因素的影响,比如DNA甲基化和组蛋白修饰。这为理解基因和环境之间的复杂互动关系打开了新的视角。我开始意识到,生命的复杂性远超我的想象,基因并非是决定一切的“宿命”,而是与环境相互作用、不断演变的动态过程。这本书让我对未来科学的发展充满了期待,也让我对生命的奥秘有了更深的敬畏。

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这本书的语言风格非常吸引人,即使是在讲解枯燥的生物化学过程,作者也能用一种充满智慧和趣味的方式呈现。我尤其喜欢作者在描述DNA结构和功能的章节时,所展现出的那种诗意和人文关怀。他将DNA比作“生命的蓝图”、“遗传信息的载体”,用生动的语言描绘了它在生命活动中的重要作用。我曾反复阅读关于DNA聚合酶如何精确读取和复制DNA链的段落,作者将其形容为“如同精密的机器在运转”,这种形象的描绘,让我在脑海中构建起了一个微观世界的生动画面。书中关于“基因表达调控”的章节,也让我惊叹于生命的精妙。原来,生物体并非“一成不变”地表达所有基因,而是会根据环境变化和细胞需求,精确地开启或关闭特定的基因,就像一个精巧的“开关系统”。这种“按需供给”的模式,是生命体能够高效运转、适应环境的关键。我开始反思,我们人类自身,在多大程度上也受到这种基因表达调控的影响?我们的情绪、行为,是否也有着基因层面的“指令”?这本书让我对生命本身产生了更深的敬畏。

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在阅读《遗传学》的过程中,我最大的感受就是作者的叙事功力。他能够将极其专业和复杂的遗传学知识,用一种能够引起读者共鸣的方式呈现出来。我特别喜欢书中关于“遗传定律的发现史”的叙述,作者并没有简单地罗列公式和结论,而是详细地介绍了孟德尔、摩尔根等科学家的研究过程、他们遇到的困难以及最终的突破。我仿佛看到了这些伟大的科学家,在简陋的实验室里,一遍又一遍地进行着实验,观察着豌豆和果蝇的性状变化,最终揭示了隐藏在生命现象背后的普遍规律。这种科学史的视角,让我对遗传学产生了更深的感情,它不仅仅是冷冰冰的理论,更是人类智慧和不懈探索的结晶。书中还提到了“基因图谱”的概念,让我了解到,科学家们是如何通过各种方法,来定位基因在染色体上的具体位置,并描绘出基因之间的相对距离。这就像是为生命绘制一张详细的“地图”,为后续的基因研究和应用奠定了基础。这本书让我认识到,每一次科学的进步,都离不开前人的铺垫和积累,而我们现在所拥有的知识,是无数代科学家共同努力的成果。

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《遗传学》这本书的结构安排十分合理,它由浅入深,层层递进,让我在不知不觉中掌握了大量的专业知识。我非常欣赏作者在讲解“遗传信息传递”时所使用的逻辑框架。从DNA到RNA,再到蛋白质,作者清晰地描绘了“中心法则”的运行机制,让我理解了基因是如何被“读取”并转化为生物体功能的一部分的。书中关于“遗传密码”的介绍也让我大为惊叹,原来,DNA中的四种碱基,通过特定的组合方式,竟然能够编码出20种氨基酸,进而构建出生命必需的蛋白质。这种“解码”的过程,其精妙程度简直令人难以置信。作者还引用了大量的经典实验来佐证这些理论,比如格里菲斯肺炎链球菌转化实验、赫尔希-蔡斯噬菌体感染实验等,这些实验不仅是遗传学发展史上的里程碑,也为我提供了理解抽象概念的具体案例。我开始尝试在生活中寻找与遗传学相关的例子,比如某些疾病的遗传模式,或者动植物的性状差异,并试图用书中学习到的知识来解释它们。

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我最近有幸翻阅了一本名为《遗传学》的巨著,虽然我不是专业人士,但这本书的确给我打开了一个全新的世界。在阅读之前,我对遗传的认知仅限于“父母的特征会遗传给孩子”这么简单粗暴的层面。然而,这本书的出现,彻底颠覆了我原有的认知模型。作者以一种极其详尽且循序渐进的方式,为我揭示了基因的奥秘。从DNA的双螺旋结构,到染色体的数目和形态,再到基因的编码、表达和调控,每一个概念的引入都伴随着清晰的图示和生动的比喻,仿佛有一位循循善诱的老师在我耳边细语。我尤其被书中关于基因突变的部分所吸引,它不仅仅是简单地描述了DNA序列的改变,更深入地探讨了突变的原因、类型以及它们对生物体产生的各种影响,有益的、有害的、甚至是中性的。这一点让我对生物多样性的产生有了更深层次的理解,原来我们看到的万物生灵千姿百态,背后隐藏着如此复杂而精妙的遗传机制。书中对于遗传病的讨论也让我印象深刻,通过具体的案例分析,我看到了遗传学在医学领域的巨大潜力,也感受到了基因缺陷可能给人类带来的痛苦。这本书让我开始重新审视生命本身,理解我们之所以是我们,背后有着怎样一段由无数微小密码串联而成的宏伟叙事。它不仅是一本科普读物,更是一次关于生命本质的哲学思考之旅,让我对“我是谁”这个问题有了更深刻的追问。

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