Automata Theory with Modern Applications

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出版者:Cambridge Univ Pr
作者:Anderson, James
出品人:
页数:264
译者:
出版时间:2006-6
价格:$ 175.15
装帧:HRD
isbn号码:9780521848879
丛书系列:
图书标签:
  • Math
  • 自动机理论
  • 形式语言
  • 计算理论
  • 可计算性
  • 算法
  • 离散数学
  • 计算机科学
  • 图灵机
  • 正则表达式
  • 上下文无关文法
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具体描述

Recent applications to biomolecular science and DNA computing have created a new audience for automata theory and formal languages. This is the only introductory book to cover such applications. It begins with a clear and readily understood exposition of the fundamentals that assumes only a background in discrete mathematics. The first five chapters give a gentle but rigorous coverage of basic ideas as well as topics not found in other texts at this level, including codes, retracts and semiretracts. Chapter 6 introduces combinatorics on words and uses it to describe a visually inspired approach to languages. The final chapter explains recently-developed language theory coming from developments in bioscience and DNA computing. With over 350 exercises (for which solutions are available), many examples and illustrations, this text will make an ideal contemporary introduction for students; others, new to the field, will welcome it for self-learning.

好的,这是一本名为《计算的极限与未来》的图书简介,旨在探讨计算机科学的深层原理、计算的本质及其在现代世界中的影响,但完全不涉及《Automata Theory with Modern Applications》中的具体内容。 --- 《计算的极限与未来:探寻数字世界的基石与边界》 图书简介 在信息技术飞速发展的今天,我们生活在一个由算法和数据构筑的复杂系统中。然而,我们对于支撑这一切的底层逻辑和理论基础的理解,往往停留在应用层面。《计算的极限与未来》正是这样一本旨在深入挖掘计算科学核心概念、探索其哲学意义并展望其未来走向的著作。 本书并非一本面向初学者的入门指南,也避开了对特定编程语言或软件工程实践的详细论述。相反,它将焦点集中于“什么是可计算的?”、“我们如何证明一个问题是不可解的?”以及“在理论的框架下,计算能力的物理极限究竟在哪里?”这些深刻的理论问题。 第一部分:计算的哲学起源与理论框架 本书伊始,我们首先回顾了计算科学的思想根源。在深入探讨现代计算机之前,我们必须理解那些驱动其发展的基本构想。本部分将详尽分析历史上关键的思想家们如何从逻辑、数学和物理学的角度对“计算”这一概念进行形式化定义。 主要内容包括: 1. 图灵模型的精确构建: 我们将不只是简单介绍图灵机,而是深入剖析其形式化的数学结构,探讨其在理论计算模型中的“普适性”意义。我们将关注其局限性——即便是最强大的理论模型,也无法解决所有数学问题。 2. 可判定性与不可判定性(非自动机理论视角): 聚焦于逻辑蕴含和可证伪性,我们将探讨那些注定无法被任何有限算法解决的问题集。这部分内容侧重于元数学的视角,即我们如何利用数学推理本身来划定计算的边界,例如对停机问题的深入分析,但会避免使用自动机理论中的等价术语和证明结构。 3. 函数与计算: 从递归函数论的角度重新审视计算的定义,将其置于集合论和数理逻辑的背景下讨论。这提供了一种与基于机器模型不同的视角来理解什么是“可计算函数”。 第二部分:复杂性:效率的度量与难度分类 如果说第一部分关注的是“能否计算”,那么第二部分则转向了更具实际意义的问题:“计算的效率如何?” 复杂性理论是现代计算机科学的心脏,它决定了哪些问题在合理的时间内可以通过现有资源解决。 本书将以严谨的数学分析为工具,探讨问题的内在难度: 1. 时间与空间复杂度谱系: 我们将详细构建多项式时间(P)与非多项式时间(NP)之间的鸿沟。这里的分析将侧重于证明技术和复杂度类的结构,而非具体的NP完全问题的罗列。我们将深入探讨如何使用归约(Reduction)的思想来证明一组问题的难度是等价的。 2. 核心难题的结构分析: 我们将探讨P=NP问题的深远影响,不仅局限于计算机科学领域,更将其置于科学发现、经济优化和人工智能的背景下进行讨论。重点在于理解为什么某些问题被认为是内在“困难”的,以及我们如何量化这种困难程度。 3. 随机性与计算: 探讨引入随机性对计算效率的影响。我们将分析随机算法的优势和局限,以及如何通过概率方法来界定新的复杂性类别,例如BPP(有界概率多项式时间)。 第三部分:物理学、信息与计算的交汇点 计算的能力不仅仅是抽象的数学概念,它与我们所处的物理世界息息相关。本书的第三部分将目光投向更宏大的图景——计算的物理极限和信息论的深层含义。 1. 信息论的奠基: 从香农的信息熵出发,我们探讨信息在物理世界中的量化表示。这部分将审视信息与不确定性、熵之间的根本联系,以及信息如何在噪声信道中有效传输的理论基础。 2. 可逆计算与热力学: 探讨计算过程中的能量消耗问题。借鉴兰道尔原理(Landauer's Principle),我们将分析信息擦除的物理代价,并探讨可逆计算(Reversible Computing)作为一种理论上更高效计算范式的可能性及其工程挑战。 3. 量子计算的理论前景: 在不深入讨论量子门操作细节的前提下,我们将聚焦于量子计算对现有复杂性理论的潜在颠覆。我们将分析量子并行性(Quantum Parallelism)的理论依据,以及Shor算法和Grover算法在理论上为某些特定问题带来的指数级或多项式加速的意义,并探讨其对经典计算模型构成的根本性挑战。 总结:超越图灵的思考 《计算的极限与未来》旨在提供一个全面的、跨学科的视角,让读者理解我们今日所依赖的数字技术是如何被深层理论所限定和塑造的。它不提供速成的解决方案,而是培养一种批判性的思维方式:理解算法的强大之处,更要敬畏其不可逾越的边界。 对于那些渴望超越应用代码,探究计算科学本质的工程师、研究人员、数学家以及对信息哲学感兴趣的读者而言,本书提供了一套严谨而富有洞察力的理论工具,以应对未来计算领域中不断涌现的复杂挑战。它是一次对人类智能与机械逻辑边界的深刻探索。

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