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出版者:Springer-Verlag New York Inc

作者:Gopalakrishnan, Ganesh C.

出品人:

页数:508

译者:

出版时间:2006-6

价格:$ 140.12

装帧:HRD

isbn号码:9780387244181

丛书系列:

图书标签:

计算工程
数值分析
科学计算
工程计算
计算方法
模拟仿真
算法
优化
高性能计算
数学建模

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具体描述

Although it is critical in today's world that students who take automata theory and logic courses retain what they have learned and understand how to use their knowledge, many textbooks typically emphasize automata theory only, not logic, thus losing a valuable opportunity to tie these subjects together and reinforce learning. This textbook uses interactive tools throughout, such as simple BDD and SAT tools. By providing a blend of theory and practical applications the material is presented as both inviting and current. Key concepts are illustrated in multiple domains so that information is reinforced and students can begin to tie theory and logic together.

《计算工程：从理论到实践的桥梁》这是一本引人入胜的书籍，它深入浅出地探讨了计算在现代工程领域中的核心作用。本书不仅仅是一系列公式的堆砌，更是一次思想的旅程，旨在揭示如何运用强大的计算工具来解决现实世界中最棘手的工程挑战。它面向的读者群体广泛，从渴望构建扎实理论基础的在校学生，到寻求提升解决问题能力的经验丰富的工程师，再到对工程创新充满好奇的跨学科研究者，都能从中获得宝贵的启发和实用的技艺。本书的独特之处在于其叙事方式。它并非简单地罗列概念，而是通过引人入胜的故事、生动的案例分析和逻辑严密的论证，将复杂的计算原理变得触手可及。作者以一种“引导者”的姿态，带领读者穿越抽象的数学模型，理解其背后的物理意义，并最终学会如何将其转化为解决实际工程问题的强大武器。每一章都如同一个独立但又相互关联的篇章，共同构建起计算工程的宏大图景。第一部分：奠定基石——计算思维的黎明本书的开篇，我们首先要建立起对“计算思维”的深刻理解。这不是简单地学习编程语言，而是培养一种全新的解决问题的方式。我们将从历史的长河中追溯计算的起源，回顾那些伟大的先驱者如何利用数学和逻辑的力量来预测自然现象，从而开启工程领域的革新。我们会探讨代数、微积分、微分方程等数学工具在工程分析中的基础地位，并展示它们如何成为构建计算模型的语言。在这一部分，本书将深入解析数值方法的核心思想。这包括但不限于：离散化与近似：理解连续的物理世界如何被转化为计算机可以理解的离散数据点。我们将学习各种数值积分和微分技术，例如欧拉法、龙格-库塔法等，并分析它们的精度和收敛性。迭代与收敛：探索那些需要通过反复迭代才能逼近真实解的数值算法。我们将学习如何评估算法的收敛速度，以及如何处理可能出现的发散问题。误差分析：任何计算都伴随着误差。本书将详细讲解截断误差、舍入误差等不同类型的误差来源，以及如何通过合理的算法选择和精度控制来减小它们的影响。通过这些基础知识的学习，读者将能够清晰地认识到，计算工程并非神秘莫测，而是建立在坚实的数学和逻辑推理之上，任何人都可以通过系统的学习和实践来掌握。第二部分：构建模型——从现实到数字的映射有了计算思维的基石，我们便进入了构建工程模型的关键阶段。这一部分将重点关注如何将复杂的物理现象转化为数学模型，进而用计算方法进行求解。建模的基本原则：我们将学习简化原则，理解在不牺牲关键物理信息的前提下，如何对复杂的系统进行抽象和简化。这包括对边界条件、初始条件的精确设定，以及对模型适用范围的清晰界定。不同领域的建模范例：本书将精选一系列典型的工程领域，展示计算模型在该领域的应用。例如：结构力学：介绍有限元方法（FEM）的基本原理，如何将复杂的结构分解成离散的单元，并求解应力、应变、位移等关键参数。我们将探讨梁、板、壳等不同结构的建模方法，以及如何处理载荷和约束。流体力学：阐述计算流体力学（CFD）的思路，包括离散化Navier-Stokes方程，以及求解流场速度、压力、温度等。我们将介绍不同网格生成技术和求解算法，并分析其优缺点。传热与传质：探讨有限差分法（FDM）在热传导和物质扩散问题中的应用，以及如何处理边界条件和瞬态响应。动力学系统：分析振动、控制系统等动力学问题的数学建模，以及如何利用数值方法求解其时域和频域响应。软件工具的桥梁作用：虽然本书侧重于原理，但也会适时介绍一些主流的工程仿真软件（如COMSOL, ANSYS, ABAQUS, MATLAB/Simulink等）在模型构建和求解过程中的角色，以及如何有效地利用它们来加速工程设计和分析。在这一部分，读者将学会将抽象的物理定律转化为可计算的数学语言，并初步掌握针对不同工程问题的建模策略。第三部分：求解与优化——释放计算的潜能模型构建完毕后，计算工程的核心任务便是求解这些模型，并进一步通过计算来优化工程设计。高性能计算的应用：随着工程问题的日益复杂，单台计算机的计算能力往往不足以支撑。本书将探讨高性能计算（HPC）技术，包括并行计算、分布式计算等，以及它们如何加速大规模工程仿真的进程。求解器的选择与应用：针对不同的模型类型，我们将介绍不同类型的求解器，如直接求解器、迭代求解器等，并分析它们的适用范围和效率。参数化研究与灵敏度分析：了解如何通过改变输入参数，观察输出结果的变化，从而理解设计变量对系统性能的影响。我们将学习如何进行系统性的参数化研究，找出最优的设计参数组合。优化算法的集成：本书将介绍如何将优化算法（如遗传算法、梯度下降法等）与数值求解器相结合，实现工程设计的自动化优化。这将包括定义目标函数、约束条件，并利用计算工具寻找最佳的解决方案。后处理与可视化：原始的计算结果往往是庞大的数据。本书将强调数据可视化在理解计算结果中的重要性，介绍各种图表、图形等可视化技术，以及如何从海量数据中提取有价值的信息。在这一部分，读者将看到计算的力量如何被真正释放，不仅能够解决问题，更能指导工程师找到最佳的工程解决方案。第四部分：实践与前沿——计算工程的未来图景理论与实践的结合是计算工程的生命线。本书的最后一部分将聚焦于实际应用和未来的发展趋势。案例研究与项目实践：通过一系列真实世界的工程案例，我们将展示计算工程是如何在航空航天、汽车制造、能源、生物医学等众多领域发挥关键作用的。这些案例将涵盖从概念设计到产品验证的全过程。验证与确认（V&V）：任何计算结果都需要经过严格的验证与确认，以确保其可靠性和准确性。本书将详细介绍V&V的方法和重要性，包括与实验数据的对比、专家审查等。数据驱动的工程：随着大数据时代的到来，本书将探讨如何利用机器学习、人工智能等技术与传统的计算工程相结合，构建更智能、更具预测性的工程模型。新兴领域与挑战：最后，我们将展望计算工程的未来，探讨诸如数字孪生、逆向工程、高性能模拟等前沿领域，以及在解决日益复杂的工程问题中，计算工程师所面临的机遇与挑战。《计算工程：从理论到实践的桥梁》并非一本枯燥的技术手册，而是一次关于如何利用计算智能来塑造未来的探索。它鼓励读者跳出思维定势，拥抱计算的无限可能，成为那个能够驾驭复杂性、驱动创新的新一代工程师。通过本书的学习，您将获得一套强大的工具和一套全新的思维方式，为您的工程事业开辟更广阔的天地。