计算化学实验

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出版者:北京师范大学出版社
作者:胡红智
出品人:
页数:179
译者:
出版时间:2008-7
价格:21.00元
装帧:平装 16开
isbn号码:9787303093328
丛书系列:
图书标签:
  • 计算化学
  • 化学
  • 教科书
  • 物理学
  • 计算化学
  • 量子化学
  • 分子模拟
  • 计算方法
  • 实验教学
  • 化学
  • 高等教育
  • 理论计算
  • 分子性质
  • 软件应用
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具体描述

《计算化学实验》是根据教育部关于“高等教育面向21世纪教学内容和课程体系改革”精神而设计的针对大学本科生的一门全新课程。试图推广通过计算机程序求解分子波动方程,从而进行理论预测和科学研究新手段的应用。全书由实验、理论和计算工具3个部分及1个附录——“自洽场过程的数学方法”组成。实验部分含10个独立的计算设计,从基本的分子构型优化与过渡态计算技术出发(前2个实验),本着使用不同的量子化学方法,涉及不同专业的研究思路设计而成,希望成为利用计算化学手段进行化学信息的理论预测和科学研究的示范。从初学者角度,各实验除对相关计算技术详细介绍外(以Gaussian的使用为主),对涉及的计算原理也进行了定性的描述。理论部分则是系统地对量子化学计算的理论方法进行定量描述,以满足阅读者进一步求知的愿望。计算工具部分主要是对计算机程序使用的介绍,除Gaussian程序外,还介绍了GAMESS、Spartan等重要程序以及一些辅助程序如GaussView和Chem3D等用图形界面建构分子坐标输入的功能等。附录是对HF(Hartree Fock方法,计算化学理论框架的基础)求解的数学过程介绍,还强调了其中的原子轨道线性组合(LCAO)近似中由原子轨道展开系数构成的密度矩阵的重要的物理意义——分子中电荷分布及其变化情况的揭示,正是分子性质及其变化的本质原因。

好的,这是一份关于《量子计算基础与应用》的详细图书简介,该书内容与您提到的《计算化学实验》完全不重叠: --- 《量子计算基础与应用》 领略未来计算的基石 定价: 人民币 168.00 元 页数: 约 780 页(含丰富图表和实践案例) ISBN: 978-7-12345-678-9 --- 内容概述 《量子计算基础与应用》旨在为读者构建一个全面、深入且实用的量子计算知识体系。本书不仅从物理学和信息科学的交叉点出发,详尽阐述了量子力学的基本原理如何转化为可操作的计算模型,更聚焦于当前主流的量子计算范式——基于量子比特的通用模型(Circuit Model)和特定目的的量子退火(Quantum Annealing)。 本书结构严谨,由浅入深,涵盖了从理论奠基到前沿算法实现的完整路径。它不仅仅是一本理论教科书,更是一本面向工程师、研究人员和高级学生的实践指南,指导读者理解、设计并初步实现量子算法。 --- 详细章节与核心内容 本书分为五大部分,共二十章,力求覆盖量子计算领域的广度和深度: 第一部分:理论基石与量子力学入门 (Foundations) 本部分为构建量子计算认知打下坚实的物理和数学基础,重点在于理解“非经典”的计算资源。 第 1 章:经典计算的极限与信息理论回顾: 简要回顾图灵机、冯·诺依曼架构,并引入信息熵的概念,为对比量子信息提供基线。 第 2 章:量子力学的核心概念: 深入讲解量子态的描述(希尔伯特空间)、狄拉克符号(Bra-Ket Notation)、线性叠加原理和态的演化(薛定谔方程的定态近似)。 第 3 章:测量与波函数坍缩: 详细讨论玻恩定则、本征值问题以及量子测量对信息提取的根本限制。 第 4 章:量子比特(Qubit)的几何表示: 介绍单比特的状态空间——布洛赫球(Bloch Sphere),这是理解单量子门操作的直观工具。 第二部分:量子信息与逻辑门 (Quantum Information and Gates) 本部分将理论转化为可操作的计算单元,是理解量子电路图的关键。 第 5 章:量子比特的张量积与多比特系统: 解释如何使用张量积构建多量子比特的状态空间,理解指数级增长的复杂性。 第 6 章:基本量子逻辑门: 详细分析泡利门(X, Y, Z)、Hadamard 门、相位门(S, T)的矩阵表示及其对布洛赫球上旋转的几何意义。 第 7 章:两比特及以上的通用门集: 重点讨论 CNOT 门(受控非门)作为构建纠缠和实现通用计算的核心操作,并论证其与单比特门的组合足以实现任何酉变换。 第 8 章:量子纠缠的概念与度量: 深入探讨贝尔态(Bell States)的制备和性质,介绍纠缠熵等量化纠缠的指标,理解其作为量子资源的重要性。 第三部分:核心量子算法与计算模型 (Algorithms and Models) 本部分是本书的算法核心,展示量子计算超越经典计算的潜力所在。 第 9 章:量子电路模型(Circuit Model): 介绍量子线路图的绘制规范、线路深度、量子线路的不可逆性(与可逆计算的关系)。 第 10 章:Deutsch-Jozsa 算法与查询模型: 作为第一个展示量子优越性的算法,详细分析其并行查询的原理。 第 11 章:Grover 搜索算法: 全面剖析振幅放大技术(Amplitude Amplification)的迭代过程,计算其二次加速的来源和局限性。 第 12 章:Shor 因子分解算法: 详细推导周期查找算法(Quantum Phase Estimation, QPE)在 Shor 算法中的核心作用,并讨论其对现代密码学的颠覆性影响。 第 13 章:量子傅里叶变换(QFT): 作为 QPE 的关键子模块,详细讲解 QFT 的高效计算方法及其与经典 DFT 的区别。 第四部分:容错、误差与硬件实现 (Hardware and Error Mitigation) 本部分将视角转向实际的物理系统,讨论如何将理论转化为稳定的计算平台。 第 14 章:量子退火(Quantum Annealing)原理: 介绍与电路模型不同的优化计算范式,分析其基于物理过程的优化求解机制。 第 15 章:当前主流硬件平台综述: 深入比较超导量子比特(Transmon)、离子阱(Trapped Ions)、光量子(Photonic)和中性原子(Neutral Atoms)的技术路线、优势与工程挑战(如相干时间、门保真度)。 第 16 章:量子误差与噪声模型: 讨论退相干(Decoherence)的物理机制,介绍 Pauli 错误模型和随机噪声的特性。 第 17 章:量子纠错码基础: 介绍经典纠错码(如汉明码)的局限性,初步探讨表面码(Surface Code)和 Shor 码的基本思想,理解容错量子计算(FTQC)的巨大开销。 第五部分:近似算法与未来展望 (NISQ Era and Future) 本部分关注当前“含噪声中等规模量子”(NISQ)时代的实用方法,以及该领域的前沿研究方向。 第 18 章:变分量子本征求解器(VQE): 详细阐述 VQE 的混合量子-经典迭代流程,重点介绍其在分子结构计算(非化学实验范畴)中的应用框架。 第 19 章:量子近似优化算法(QAOA): 分析 QAOA 如何应用于组合优化问题,并讨论参数选择的挑战。 第 20 章:量子计算的跨学科影响与展望: 探讨量子机器学习(QML)的初步概念、量子模拟的未来方向,以及当前研究尚未解决的核心开放性问题。 --- 本书特色 1. 数学严谨性与工程直观性并重: 每项核心概念后均附有详尽的数学推导,同时通过布洛赫球、电路图等可视化工具,增强对物理操作的直观理解。 2. 侧重于算法实现逻辑: 强调量子加速的来源,而非仅仅停留在算法介绍,例如深入分析了 Shor 算法中 QPE 的具体实现步骤。 3. 代码示例辅助理解(非Python库依赖): 书中包含大量使用 Qiskit/Cirq 风格的伪代码 和 MATLAB/NumPy 矩阵运算 的示例,用以模拟门操作和态演化,帮助读者在不依赖特定高级库的情况下理解底层逻辑。 4. 深度覆盖硬件瓶颈: 专门辟出章节讨论从理论到实现的鸿沟,特别是关于相干时间、门保真度和纠错的现实挑战。 目标读者 计算机科学与物理学专业的高年级本科生和研究生: 作为量子计算导论或进阶课程的指定教材。 软件工程师和数据科学家: 希望了解下一代计算范式的专业人士。 密码学研究人员: 需要评估 Shor 算法实际威胁和量子安全算法的专业人员。 对前沿科技有浓厚兴趣的科技爱好者和工程师: 渴望系统性掌握量子信息科学核心概念的读者。 --- 本书承诺: 本书内容完全集中于量子计算的理论构建、算法设计和硬件物理基础,不涉及任何关于分子结构模拟、电子态密度计算、反应路径分析等传统或现代计算化学实验方法或技术细节。

作者简介

《计算化学实验》作者胡红智、马思渝,北京师范大学出版社2008年7月1日出版。

本书可作为化学专业以及相关的生命科学、环境科学、材料学、药学、农学和林学等的本科生和研究生教材,也可供相关专业的科研人员参考。

目录信息

第一部分 实验部分
实验一 GAUSSIAN程序使用:分子结构计算的输入
实验二 GAUSSIAN程序使用:过渡态计算
实验三 2-亚氨基丁烷的稳定构象及其异构化反应的理论研究
实验四 3-亚氨基戊烷稳定构象及其异构化反应的理论研究
实验五 N-3-丁烯基硝酮分子内环加成反应产物转移性的理论研究
实验六 乙烯酮亚氨衍生物扭曲失共轭本质的理论研究
实验七 氯代环丙烷振动光谱和简振模分析的理论研究
实验八 卟吩内氢迁移反应机理的理论研究
实验九 磷原子团簇P5稳定结构的理论计算
实验十 激发态结构及光化学反应的理论研究
参考文献
第二部分 理论部分
第一章 量子化学从头算(AB INITIO)方法
第二章 半经验分子轨道法
第三章 包含电子相关的分子轨道理论
第四章 密度泛函理论(DFT)
参考文献
第三部分 计算工具部分
第一章 G03W使用简介
第二章 GAMESS使用简介
第三章 SPARTAN使用简介
参考文献
附录 自洽场过程的数学方法
参考文献
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本书,姑且称它为**《高等材料力学原理》**吧,给我带来了不小的“智力冲击”,但绝对是那种令人振奋的挑战。它完全没有停留在传统的应力应变分析层面,而是直奔更深层次的非线性、时变问题。我特别喜欢作者引入的“梯度理论”和“损伤力学”的章节,那简直是为现代工程失效分析量身定做的工具箱。书中的数学推导极其严谨,涉及大量的张量分析和变分法,阅读时必须时刻保持高度集中,甚至需要经常停下来,对照习题自行演算一遍才能确保理解无误。它的优点在于它的深度和广度,它不仅讲解了材料在极端载荷下的本构关系,还深入探讨了疲劳裂纹扩展的微观机制,以及如何通过数值模拟(比如有限元方法的高级应用)来预测结构的长期可靠性。对于那些打算从事前沿结构设计或失效分析的工程师或研究生来说,这本书的价值无可替代。它不是一本轻松的读物,更像是一套严苛的武功秘籍,需要持之以恒地练习才能真正掌握其精髓。

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我要评价的这本是**《环境化学与生态毒理学导论》**。这本书的视角非常独特,它不仅仅停留在化学物质的分子结构和反应机理层面,而是将焦点放在了这些化学品在复杂生态系统中的迁移、归趋和最终的生物效应上。作者的文笔非常具有感染力,通过一系列真实的污染事件案例,比如持久性有机污染物的全球输运、微塑料在食物链中的富集,来引出相关的化学动力学模型。书中对“生物富集系数(BCF)”和“生物放大因子(BAF)”的推导和实际测量方法的讲解非常细致,并且清晰地阐述了不同环境介质(水、土壤、沉积物)对污染物命运的影响差异。最让我称赞的是它对新型污染物(如内分泌干扰物、新兴药物代谢物)的关注,提供了前沿的检测技术和风险评估框架。这本书的优点在于它的综合性,它成功地将化学分析、环境工程和生物学毒理学整合在一起,为读者构建了一个完整的环境风险认知体系,读起来既有知识的深度,又有现实的紧迫感。

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我最近读的这本**《生物信息学中的机器学习前沿》**,简直是为数据爆炸时代量身定做的!它巧妙地将生物数据(基因组、蛋白质组、代谢组)的复杂性与现代机器学习的强大算法完美结合起来。这本书的叙事风格非常新颖,它不是简单地罗列算法,而是紧密围绕生物学问题来展开:比如如何用深度学习来预测非编码区的调控元件,或者如何利用迁移学习来解决稀疏的临床数据分类问题。作者在介绍卷积神经网络(CNN)和循环神经网络(RNN)时,特意增加了针对序列数据(DNA/RNA)和时间序列数据(表观遗传学变化)的定制化处理技巧,这比通用教材中的讲解要深入得多。让我印象深刻的是书中关于“模型可解释性”(XAI)的讨论,在生命科学领域,我们不仅要预测结果,更要知道“为什么”会这样,这本书提供了几种有效的工具和案例来反推模型的决策过程,这对于科研的可信度至关重要。总而言之,这本书的实践性和前瞻性都非常出色,它提供的是一个将数据转化为生物学洞见的桥梁。

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我最近拜读的这本书,名为**《现代控制理论:鲁棒性与最优控制》**,简直是控制工程领域的一座里程碑。它没有采用传统教材那种由浅入深的线性系统介绍方式,而是直接切入了现代控制的核心——如何设计出在不确定性环境下依然能稳定工作的控制器。书中对H无穷控制理论($mathcal{H}_{infty}$ Control)的阐述达到了教科书级别的清晰度,从性能指标的定义到求解LMI(线性矩阵不等式)的步骤,每一步都逻辑严密,辅以恰到好处的矩阵代数回顾。此外,它对最优控制的讲解,特别是通过庞特里亚金极大值原理来推导状态和协态方程的部分,处理得极为精妙,将理论的抽象美感展现得淋漓尽致。这本书的风格非常“硬核”,它对数学工具的要求较高,但回报也是巨大的——一旦掌握,读者就能理解那些看似“魔法”般的自适应和智能控制系统的底层逻辑。它真正培养的是一种对系统不确定性的量化处理能力,而不是简单的套用公式,对于从事航空航天或精密仪器控制的研究人员来说,是不可多得的内功心法。

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哇,我最近翻阅了一本关于**《晶体结构分析与应用》**的书,简直是打开了新世界的大门!这本书的作者显然是位深谙X射线衍射精髓的行家。开篇就将布拉格定律讲得透彻明了,不再是那种枯燥的公式堆砌,而是配上了大量的实物模型和动画模拟的解释,让我这个理论基础有点薄弱的人也能迅速抓住核心。最让我印象深刻的是关于“相位问题”的探讨,书中没有回避这个难题,而是系统地梳理了直接法、撒点法等各种解决策略,每种方法都辅以具体的案例分析,展示了从原始衍射图谱到最终三维电子云密度图的完整推导过程。特别是对于复杂结构如蛋白质晶体结构解析的实例,那种层层剥茧、抽丝剥茧的感觉,非常过瘾。书中还特意开辟了一章专门介绍衍射数据采集过程中的常见误差来源及修正方法,这一点非常实用,对于那些想亲手操作单晶衍射仪的学生来说,简直是必备的“避坑指南”。整本书的排版和插图质量极高,专业术语的解释精准到位,读完后感觉自己对物质的微观世界有了更直观、更可靠的认识,不再是空中楼阁般的想象。

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这本书的很多例子没办法成功运行,建议给出完整的输入文件

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平实简约,入门教材。

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