Research Problems in Discrete Geometry

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出版者:Springer Verlag
作者:[美]Peter Brass/ William Moser/ Janos Pach
出品人:
页数:512
译者:
出版时间:2005-8
价格:$ 90.34
装帧:HRD
isbn号码:9780387238159
丛书系列:
图书标签:
  • 数学
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具体描述

This book is the result of a 25-year-old project and comprises a collection of more than 500 attractive open problems in the field. The largely self-contained chapters provide a broad overview of discrete geometry, along with historical details and the most important partial results related to these problems. This book is intended as a source book for both professional mathematicians and graduate students who love beautiful mathematical questions, are willing to spend sleepless nights thinking about them, and who would like to get involved in mathematical research.

《离散几何研究问题集》汇聚了该领域前沿的未解难题与活跃的研究方向。本书并非一本传统的教科书,而是为数学家、研究生以及对离散几何充满热情的研究人员量身打造的一份探索地图。书中涵盖了从经典问题到最新猜想的广泛内容,旨在激发新的研究思路,并指引未来的研究方向。 本书的结构设计清晰,每个章节都聚焦于离散几何的一个特定分支,并在此基础上深入探讨相关的研究问题。读者会发现,内容覆盖了诸如多面体理论、凸体几何、点集配置、组合几何、计算几何等多个核心领域。 在多面体理论部分,书中会探讨一些关于多面体的结构、性质以及计数方面的开放性问题。例如,对于特定类型的多面体,其顶点、边和面的数量之间是否存在更普适的限制关系?是否存在更高效的算法来枚举所有不同类型的多面体?这些问题不仅具有深刻的理论意义,也可能在材料科学、分子结构建模等领域找到潜在的应用。 凸体几何是离散几何中一个极其重要的分支。本书将深入剖析凸体在欧几里得空间中的几何特性,以及它们之间的相互关系。读者将接触到关于体积、表面积、直径、宽度等度量的精细刻画问题,以及如何用离散的结构来逼近或刻画连续的凸体。例如,如何用有限个点来最好地近似一个给定的凸体?不同凸体之间的“距离”如何定义和度量?这些研究有助于理解高维空间中的几何现象,并对数据分析、模式识别等领域有所启发。 点集配置问题在本书中占据了重要的一席之地。这部分内容关注在给定空间中,如何最优地放置一系列点,以满足某些特定的几何约束或优化某些指标。例如,著名的“密排问题”和“均匀分布问题”将在书中被详细讨论,探讨如何在给定区域内放置最多的点,或者使得点集在某种意义上尽可能均匀。这类问题与编码理论、芯片设计、信号处理等领域息息相关。 组合几何是离散几何的基石之一,它强调几何对象之间的组合结构。本书会深入探讨点、线、面等基本几何元素形成的组合图样,以及这些图样所蕴含的数学规律。读者将有机会思考关于直线的交叉数、平面图的着色问题、点集形成的单纯复形等方面的挑战。这些研究不仅是抽象的数学探索,更是理解和构建复杂系统的基础。 计算几何部分则将关注如何设计高效的算法来解决离散几何问题。本书会提出一些计算上的难题,例如如何快速计算一组点的凸包,如何找到一组点的最小包围盒,或者如何在给定形状内放置最多的不重叠的圆。这些算法的设计和分析对于计算机图形学、机器人导航、地理信息系统等实际应用至关重要。 本书的特色在于其对“未解决”的强调。每一部分的研究问题都经过精心挑选,它们或源于经典的数学猜想,或代表了当前研究的热点和前沿。作者们在介绍每个问题时,不仅会阐述问题的背景和重要性,还会回顾已有的进展,并明确指出当前研究的难点和可能的突破口。这种方式鼓励读者深入思考,并参与到解决这些难题的行列中来。 除了上述核心领域,本书还可能触及一些交叉学科的研究问题,例如离散几何在图论、拓扑学、概率论以及物理学中的应用。例如,离散几何的方法如何帮助理解复杂网络的结构,如何刻画随机几何对象,以及如何在统计物理中构建离散模型。 《离散几何研究问题集》是一部旨在激发思考、指引方向的著作。它不提供现成的答案,而是提出引人入胜的问题,邀请读者一同踏上探索离散几何未知领域的旅程。无论是希望深入理解某个特定领域,还是寻求新的研究课题,本书都将成为宝贵的参考资源。书中蕴含的挑战,不仅是对数学理论的严峻考验,也是对未来创新应用的有力驱动。

作者简介

目录信息

0. Definitions and Notations .
1. Density Problems for Packings and Coverings
1.1 Basic Questions and Definitions
1.2 The Least Economical Convex Sets for Packing
1.3 The Least Economical Convex Sets for Covering
1.4 How Economical Are the Lattice Arrangements?
1.5 Packing with Semidisks, and the Role of Symmetry
1.6 Packing Equal Circles into Squares, Circles, Spheres
1.7 Packing Equal Circles or Squares in a Strip
1.8 The Densest Packing of Spheres
1.9 The Densest Packings of Specific Convex Bodies
1.10 Linking Packing and Covering Densities
1.11 Sausage Problems and Catastrophes
2. Structural Packing and Covering Problems
2.1 Decomposition of Multiple Packings and Coverings
2.2 Solid and Saturated Packings and Reduced Coverings
2.3 Stable Packings and Coverings
2.4 Kissing and Neighborly Convex Bodies
2.5 Thin Packings with Many Neighbors
2.6 Permeability and Blocking Light Rays
3. Packing and Covering with Homothetic Copies
3.1 Potato Bag Problems
3.2 Covering a Convex Body with Its Homothetic Copies
3.3 Levi-Hadwiger Covering Problem and Illumination
3.4 Covering a Ball by Slabs
3.5 Point Trapping and Impassable Lattice Arrangements
4. Tiling Problems
4.1 Tiling the Plane with Congruent Regions
4.2 Aperiodic Tilings and Tilings with Fivefold Symmetry
4.3 Tiling Space with Polytopes
5. Distance Problems
5.1 The Maximum Number of Unit Distances in the Plane
5.2 The Number of Equal Distances in Other Spaces
5.3 The Minimum Number of Distinct Distances in the Plane
5.4 The Number of Distinct Distances in Other Spaces
5.5 Repeated Distances in Point Sets in General Position
5.6 Repeated Distances in Point Sets in Convex Position
5.7 Frequent Small Distances and Touching Pairs
5.8 Frequent Large Distances
5.9 Chromatic Number of Unit-Distance Graphs
5.10 Further Problems on Repeated Distances ..
5.11 Integral or Rational Distances
6. Problems on Repeated Subconfigurations
6.1 Repeated Simplices and Other Patterns
6.2 Repeated Directions, Angles, Areas
6.3 Euclidean Ramsey Problems
7. Incidence and Arrangement Problems
7.1 The Maximum Number of Incidences
7.2 Sylvester-Gallai-Type Problems
7.3 Line Arrangements Spanned by a Point Set
8. Problems on Points in General Position
8.1 Structure of the Space of Order Types
8.2 Convex Polygons and the Erdos-Szekeres Problem
8.3 Halving Lines and Related Problems
8.4 Extremal Number of Special Subconfigurations
8.5 Other Problems on Points in General Position
9. Graph Drawings and Geometric Graphs
9.1 Graph Drawings
9.2 Drawing Planar Graphs
9.3 The Crossing Number
9.4 Other Crossing Numbers
9.5 From Thrackles to Forbidden Geometric Subgraphs
9.6 Further Turan-Type Problems
9.7 Ramsey-Type Problems
9.8 Geometric Hypergraphs
10. Lattice Point Problems
10.1 Packing'La. ice Points in Suhspaces
10.2 Covering Lattice Points by Subspaces
10.3 Sets of Lattice Points Avoiding Other Regularities
10.4 Visibility Problems for Lattice Points
11. Geometric Inequalities
11.1 Isoperimetric Inequalities for Polygons and Polytopes
11.2 Heilbronn-Type Problems
11.3 Circumscribed and Inscribed Convex Sets
11.4 Universal Covers
11.5 Approximation Problems
12. Index
12.1 Author Index
12.2 Subject Index
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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老实说,这本书的“门槛”是存在的,这一点我必须坦诚地指出。如果读者没有扎实的拓扑学和基础组合数学背景,那么在阅读涉及高维空间或复杂图论模型的章节时,可能会感到非常吃力。我个人的阅读策略是“先攻易守难”,先把那些涉及平面几何和基础多面体结构的部分彻底搞懂,然后再慢慢啃那些关于离散曲率和拓扑不变量的部分。书中对于一些经典问题的引用标注得极其详尽,这对于希望追本溯源的深度研究者来说,无疑是一个宝藏。我花了几个晚上专门去查阅了其中引用到的几篇上世纪八九十年代的重要论文,这种“考古式”的阅读过程,让我对整个领域的发展脉络有了更深层次的理解。与其说这是一本“解题指南”,不如说它是一幅精美的“未解之谜地图”,清晰地标注了哪里是“此路不通”,哪里是“可能存在捷径”,为后来者指明了方向,即便那些方向充满荆棘。

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这本《Research Problems in Discrete Geometry》的封面设计着实吸引眼球,那种深邃的蓝色背景配上抽象的几何图形,立刻让人联想到数学世界的严谨与无限可能。我最初翻开它,是抱着一种既期待又有些许忐忑的心情。作为一名对几何学有浓厚兴趣的业余爱好者,我希望能从中找到一些既有深度又不至于完全高不可攀的入门级问题。这本书的排版非常清晰,大量使用了高质量的图示来辅助说明复杂的概念,这对于理解那些抽象的构造至关重要。特别是关于点集、凸集以及各种镶嵌问题的部分,作者的阐述逻辑性极强,仿佛在引导读者一步步走进一个精妙的逻辑迷宫。虽然书中确实充斥着大量的未解决问题,但即使是那些已经被证明的引理和定理,也都是以一种非常透彻的方式呈现出来的,足以让人领略到离散几何学派的魅力所在。我特别欣赏它在问题提出时,所附带的简短历史背景和现有研究的进展概述,这使得读者能够清晰地把握住“为什么这个问题重要”以及“目前大家卡在了哪里”,极大地激发了探索欲。

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初次接触这本书时,我正处于一个学术瓶颈期,急需一些能够激发全新思维方向的刺激。这本书的结构设计得非常巧妙,它并非教科书那种线性推进的叙事方式,而更像是一系列高质量的、相互关联的“挑战卡”。我发现自己经常在某一章节深入研究了十来分钟后,会忍不住跳到另一个看似不相关的章节去寻找灵感上的交叉点。这种非线性的阅读体验,对于培养跨领域思维大有裨益。例如,书中对“打包问题”(Packing Problems)的探讨,其严密程度令人叹服,它不仅仅是关于如何高效地堆放物品,更深入到了对空间填充效率的数学本质的挖掘。我尝试着用自己熟悉的一些组合数学工具去套用其中的某些开放性猜想,虽然进展甚微,但整个思考过程本身就是一种极佳的智力锻炼。作者的语言风格在某些地方显得极为凝练和专业,某些定理的表述几乎可以用诗歌般精确来形容,这要求读者必须全神贯注,否则稍有走神便可能错过关键的限定条件。

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这本书最让我印象深刻的,是它所蕴含的一种“历史感”和对未来的敬畏。它没有试图用过于现代、花哨的工具去强行解决所有问题,而是保留了许多经典几何学家的原始思考路径和优雅的论证结构。我尤其欣赏作者在描述某些“看似简单,实则深奥”的问题时所流露出的那种微妙的幽默感——那种对人类智力边界的精准把握。例如,某个关于点集最小覆盖的问题,其描述不过寥寥数语,但背后的复杂性却足以困扰一个研究团队数年。在阅读过程中,我感觉自己仿佛坐在一个由历代几何大师构成的圆桌旁,倾听他们讨论着关于“完美与不完美”、“有限与无限”的永恒命题。这种沉浸式的体验,对于提升阅读者的数学素养和批判性思维,其价值远超任何纯粹的应用手册。它培养的不是解题技巧,而是对数学美学的深刻鉴赏力。

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从装帧和物理质量上来说,这本精装书的手感非常棒,厚实的纸张和稳定的装订保证了它能够经受住反复翻阅和笔迹标记的考验——这对于一本需要大量推敲和注释的专业书籍来说是至关重要的。我个人的习惯是,每读完一个主要章节,都会尝试自己动手画出那些复杂的结构图,而这本书的留白设计恰到好处地支持了这种“主动学习”的模式。总的来说,这本书与其说是提供现成的答案,不如说它是在构建一个坚固的、充满挑战的精神平台,供那些真正热爱离散几何这个领域的人攀登和探索。它要求读者付出努力,但它所回报的,是对一个前沿数学分支的清晰而深刻的洞察力,以及面对复杂性时所应有的那种沉着与专注。

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读这书我得买不少颜色的铅笔才行...

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