小波方法与应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高等教育

作者:关履泰

出品人:

页数:282

译者:

出版时间:2007-7

价格:23.30元

装帧:

isbn号码:9787040217001

丛书系列:

图书标签:

• 小波分析
• 信号处理
• 图像处理
• 数值计算
• 科学计算
• 工程应用
• 数学方法
• 数据分析
• 时频分析
• 模式识别

现代材料科学中的计算模拟与实验表征技术 图书简介 本书系统阐述了现代材料科学研究中至关重要的计算模拟方法与先进的实验表征技术。在深入理解材料微观结构、性能与加工工艺之间复杂关系的需求驱动下，如何有效地结合理论预测与精确测量已成为前沿研究的核心。本书旨在为材料学、物理学、化学以及相关工程领域的学生、研究人员和工程师提供一份全面且深入的参考指南。 第一部分：计算模拟的理论基础与应用 本部分聚焦于材料科学中最常用且功能强大的计算工具，详细解析了其背后的物理化学原理和算法实现。 第一章：材料计算模拟概述与基础 本章首先界定了材料计算模拟的范畴及其在加速新材料发现中的战略地位。随后，深入探讨了从量子力学尺度到介观尺度的多尺度建模方法论。我们将重点介绍基于第一性原理（Density Functional Theory, DFT）的计算框架，包括各种交换关联泛函的选择（如LDA, GGA, meta-GGA），以及处理周期性边界条件和实空间积分的数值技术。同时，也会简要介绍分子动力学（Molecular Dynamics, MD）模拟的基础，如牛顿运动方程的积分算法（Verlet算法及其改进）以及能量势场的构建与选择（如嵌入式原子法EAM、偶极相互作用模型）。 第二章：密度泛函理论（DFT）的深入应用 DFT是理解电子结构与化学键合性质的基石。本章将详细介绍如何利用DFT计算材料的电子结构性质，包括能带结构、态密度（DOS）、费米面拓扑以及带隙的精确预测。特别地，我们将探讨如何解决标准DFT在处理强关联电子体系（如过渡金属氧化物）和半导体缺陷问题时遇到的挑战，并引入如Hubbard U项修正（DFT+U）和混合泛函（HSE06）等高级处理方法。此外，本章还将涵盖利用DFT计算弹性常数、晶格动力学（声子谱）以及宏观力学性能的理论推导与实践步骤。 第三章：经典分子动力学（MD）与蒙特卡洛（MC）模拟 本部分侧重于描述原子/分子层面上的时空演化和平衡态性质。MD模拟部分将详述构建高精度势函数的重要性，对比不同类型势函数的适用范围（如用于金属、陶瓷、聚合物的势函数）。我们会详细分析如何设置有效的模拟参数，包括温度和压力的控制算法（NPT, NVT, NPT-P/T控制），以及如何通过时间平均或系综平均来提取热力学和输运性质（如扩散系数、热导率）。 蒙特卡洛（MC）模拟则作为平衡态采样的强大工具被介绍。本章会阐述Metropolis准则的数学基础，并展示MC如何在构象空间搜索、相变模拟（如晶化过程、吸附/脱附平衡）中展现其优势，尤其是在计算成本高于MD模拟时。 第四章：介观与宏观尺度的模拟技术 为了连接微观机理与宏观性能，本章引入了介于原子尺度和连续介质力学之间的模拟方法。重点介绍相场（Phase Field）模型，用于描述晶界迁移、析出现象和微观结构演化。我们将解释相场方程的建立，如Cahn-Hilliard方程和Allen-Cahn方程，并探讨它们如何结合热力学驱动力和动力学限制来模拟材料的复杂微观结构演化。此外，也将简要概述有限元方法（FEM）在结构力学分析中的应用及其与材料本构模型（如弹塑性模型）的耦合。 第二部分：先进实验表征技术及其数据解析 计算模拟的结果需要实验数据的验证和校准。本部分详述了现代材料科学中不可或缺的表征手段，强调了数据采集的精细化和结果解释的深度。 第五章：高分辨率电子显微技术（HRTEM/STEM） 电子显微镜是揭示纳米尺度结构形貌和晶体结构的“眼睛”。本章详细讲解了透射电子显微镜（TEM）的工作原理，特别是高分辨率透射电镜（HRTEM）如何用于直接成像晶格结构和晶界结构。重点内容包括像形成理论、像对比度的调控（衬度分析），以及如何利用像模拟技术来解析复杂的晶体结构。扫描透射电子显微镜（STEM）部分，将深入探讨其相对于TEM在原子尺度成像上的优势，如高角度环形暗场（HAADF-STEM）如何提供原子序数敏感的图像，以及如何结合能量色散X射线谱（EDS）和电子能量损失谱（EELS）实现原子尺度的元素分析和化学态识别。 第六章：同步辐射与中子散射技术 同步辐射光源和中子源提供了传统实验室设备无法比拟的强度和可调谐性，是研究材料动力学和复杂结构的关键工具。本章首先介绍同步辐射X射线衍射（XRD）和散射（SAXS）在结构分析中的应用，包括原位（in-situ）实验如何捕获材料在应力、温度或化学环境下的实时变化。其次，深入阐述中子散射技术（如中子衍射、小角中子散射SANS）的独特优势，特别是其对轻元素（如氢）的敏感性以及对磁序的探测能力，并探讨如何利用这些技术解析无序、玻璃态和磁性材料的结构。 第七章：表面与界面分析技术 材料的性能往往受限于其表面和界面性质。本章聚焦于高灵敏度的表面分析技术。X射线光电子能谱（XPS）和俄歇电子能谱（AES）是解析表面化学态和元素分布的核心工具，本章将详述如何通过结合结合能位移和峰形分析来区分不同的化学环境。此外，还将介绍二次离子质谱（SIMS）在痕量元素分析和深度剖面方面的能力，以及原子力显微镜（AFM）在获取表面形貌、机械性能（如纳米压痕）和电学/磁学特性的多功能性。 第八章：光谱学与光电子能谱技术 光谱学是探究电子能级和振动模式的有效手段。本章详细讨论了拉曼光谱和红外吸收光谱在识别材料晶格振动模式、晶体对称性以及缺陷状态中的应用。重点放在如何利用这些光谱信息来表征材料的应力状态和相变过程。光电子能谱（UPS和XPS的延伸应用）部分，将阐述如何精确测量功函数、价带顶和核心能级，从而理解材料的电荷转移机制和界面电子特性。 结语 本书的最终目标是展示计算模拟与实验表征之间密不可分的协同关系。通过对前沿计算方法的掌握和对先进表征技术的理解，读者将能够更系统、更深入地揭示复杂材料的结构-性能规律，从而有效地指导新材料的设计与开发。本书提供的方法论和实践案例，是推动材料科学研究迈向更高层次的坚实基础。

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这本书的装帧设计很有意思，封面采用了深蓝色和银灰色的搭配，给人一种沉稳而又不失现代感的感觉。内页的纸张质量摸起来很舒服，印刷的清晰度也很高，阅读起来眼睛不容易疲劳。这本书的内容编排结构清晰，章节之间的逻辑衔接自然流畅，让人感觉作者在写作时对整体脉络的把握非常到位。特别是那些图表的排版，非常直观，对于理解复杂的数学概念起到了极大的帮助。我特别欣赏作者在每个章节末尾设置的小结和思考题，这不仅帮助读者回顾了本章的核心内容，也激发了进一步探索和思考的兴趣。这本书的翻译质量也相当不错，术语的准确性和表达的流畅性都保持了很高的水准，没有出现那种生硬拗口的直译情况，读起来非常顺畅。

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这本书的数学深度适中，对于有一定数学基础的读者来说，会觉得它既有足够的理论深度，又不至于陷入过度抽象的泥潭。我特别喜欢其中关于多分辨率分析的章节，作者对正交小波基和非正交小波基的比较分析非常透彻，清晰地指出了它们各自的优缺点以及适用的场景。在数值实现方面，书中对快速小波变换（FWT）的算法描述得非常详细，甚至给出了伪代码级别的描述，这对于想要自己动手编程实现相关算法的读者来说，简直是宝藏。我对书中的一个关于小波在去噪应用中的具体模型印象深刻，其模型的构建逻辑清晰，参数选择的依据也阐述得非常到位，让人感觉理论指导实践的力量。

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从整体阅读体验来看，这本书的结构就像一座精心设计的知识迷宫，引导你逐步深入。虽然内容涉及诸多专业名词和复杂的数学推导，但作者总能用巧妙的比喻和清晰的结构将这些复杂的概念串联起来，使得学习过程充满探索的乐趣。书中的参考文献列表也非常详尽和权威，对于想要继续深造的读者提供了宝贵的指引方向。我个人认为，这本书的价值在于它提供了一种看待和分析问题的全新视角，它教会的不仅仅是小波变换本身，更是一种强大的、适用于多尺度分析的思维框架。读完这本书，我感觉自己对复杂系统的分析能力有了一个质的飞跃，这本教材无疑是该领域内不可多得的佳作。

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这本书的实用性是我最看重的一点。它不仅仅停留在理论的介绍，而是实实在在地为读者提供了一套系统的工具箱。我发现书中的许多章节都紧密围绕着工程应用展开，比如在信号处理、医学影像分析以及金融时间序列预测中的具体应用案例，都有详尽的论述和结果展示。这些案例的选取非常具有代表性，涵盖了从一维到二维，乃至更高维数据的处理需求。更难得的是，作者在介绍完核心理论后，总是会讨论该理论在实际应用中可能遇到的挑战和限制，这体现了作者严谨的科学态度和对工程实践的深刻理解。这种理论与实践紧密结合的写作方式，让整本书的价值大大提升。

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初次翻阅时，我被这本书的引言所吸引，作者用一种非常平易近人的方式介绍了小波分析这一看似高深的领域。他没有急于抛出复杂的数学公式，而是通过一些实际生活中的例子来阐述小波变换的直观意义，比如声音信号的分析和图像的压缩，这极大地降低了入门的门槛。我发现作者的讲解风格非常注重“为什么”和“如何做”的结合，理论推导过程详尽而严谨，每一步的逻辑跳跃都很小，即便是初学者也能跟上作者的思路。书中穿插了大量的案例分析，这些案例不仅内容丰富，而且覆盖了从基础理论到实际工程应用的多个层面，让我对小波技术在不同领域中的应用有了更深入的理解。

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