Einführung in die Numerische Mathematik II

Einführung in die Numerische Mathematik II pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer
作者:J. Stoer
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1978-08-28
价格:USD 38.95
装帧:Paperback
isbn号码:9783540088400
丛书系列:
图书标签:
  • 数值数学
  • 数值分析
  • 数学
  • 工科
  • 高等教育
  • 算法
  • 计算方法
  • 离散数学
  • 数学建模
  • 科学计算
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具体描述

《数值分析导论 II:高级主题与应用》 书籍简介 作者: 德里克·施密特 / 埃尔莎·冯·霍夫曼 出版社: 学术前沿出版社 (Akademische Fortschritte Verlag) 出版日期: 2024年春季 --- 导言:迈向计算科学的深水区 《数值分析导论 II:高级主题与应用》是一本专为具备坚实线性代数和基础数值分析知识的读者设计的深度教材。本书旨在填补标准本科课程与专业研究领域之间的鸿沟,专注于现代计算科学中最具挑战性、对实际应用影响最为深远的领域。它不仅仅是对基础概念的简单重复,而是对算法的理论深度、实现细节以及在真实世界复杂问题中表现的系统性探索。 本书的核心哲学在于“理解驱动效率”。我们相信,只有深入理解算法背后的数学结构、误差的来源以及计算复杂性,才能有效地构建、分析和改进解决方案。因此,全书内容紧密围绕理论严谨性与计算实践的完美结合展开。 --- 第一部分:矩阵计算的深入剖析 本部分将读者从基础的高斯消元和LU分解的层面,提升至处理大规模、高精度计算的境界。 第三章:特征值问题的现代方法 (Advanced Eigenvalue Problems) 本章系统地介绍了针对大型稀疏矩阵的特征值计算方法。我们详细探讨了Lanczos 迭代和Arnoldi 迭代的内在机制,重点分析了子空间迭代、Ritz 值与Ritz 向量的收敛行为。 算法细节与实现: 深入解析了如何高效地实现 Krylov 子空间方法的稀疏矩阵向量乘积(SpMV),以及如何利用预处理技术(如多重网格方法预处理器)加速 Arnoldi 过程。 非对称问题: 区别于对称矩阵的简明性,本章对非对称特征值问题的稳定性和收敛性进行了深入讨论,引入了Schur 分解在求取精确特征值对中的应用。 应用案例: 探讨了在量子化学(电子结构计算)和网络科学(谱聚类)中,如何利用这些算法解决亿级维度的矩阵问题。 第四章:大规模线性系统的预处理与迭代求解器 (Preconditioning and Iterative Solvers) 在面对因工程模拟(如CFD或FEM)产生的千万级甚至十亿级维度的线性系统 $Ax=b$ 时,直接法往往因内存和时间限制而不可行。本章聚焦于迭代法的理论与工程实践。 迭代方法的收敛理论: 严格推导了雅可比 (Jacobi)、高斯-赛德尔 (Gauss-Seidel) 以及 SOR 迭代的收敛速度与谱半径的关系。 Krylov 子空间方法精讲: 详尽阐述了CG (共轭梯度法) 的数学原理,并将其推广至MINRES(针对不可分解但对称的系统)和BiCGSTAB (双共轭梯度稳定法),分析了它们在残差振荡问题上的优劣。 预处理技术的核心: 预处理器是迭代法的“加速器”。本章重点研究了代数多重网格 (AMG) 的构建原理,以及不完全 LU 分解 (ILU) 的各种变体(如ILU(0)和ILUT)如何适应不同的矩阵结构,以实现接近于理论最优的收敛速度。 --- 第二部分:非线性优化与反问题 (Nonlinear Optimization and Inverse Problems) 本部分从一维搜索扩展到高维、约束下的复杂优化,并引入了处理数据稀疏性和不确定性的方法。 第五章:无约束非线性优化的现代算法 (Modern Algorithms for Unconstrained Nonlinear Optimization) 本章超越了基础的牛顿法,深入研究了更具鲁棒性和实用性的算法。 拟牛顿方法 (Quasi-Newton Methods): 详细介绍了 BFGS 和 DFP 公式如何通过秩一/秩二修正来近似Hessian矩阵的逆,从而在避免计算精确Hessian的同时,保持二阶收敛的特性。探讨了这些方法在计算内存受限时的变体。 信任域方法 (Trust-Region Methods): 区别于线搜索法,信任域方法通过定义一个“信任域”来确保每一步的近似质量。本章分析了如何动态调整信任域的大小,以及如何利用共轭梯度法求解子问题。 大尺度优化: 针对具有数百万变量的系统,探讨了L-BFGS (Limited-memory BFGS) 如何通过存储有限的历史梯度信息来避免存储庞大的 $M imes M$ 矩阵,使其成为求解大规模工程问题的首选。 第六章:约束优化与 KKT 条件 (Constrained Optimization and KKT Conditions) 约束优化是工程设计和经济模型的核心。本章侧重于理论的严谨性和算法的实用性。 拉格朗日乘子与 KKT 条件: 严谨推导了Karush-Kuhn-Tucker (KKT) 条件,并讨论了在非光滑或非凸问题中,这些条件的必要性和充分性。 序列二次规划 (SQP): 作为处理非线性约束问题的黄金标准,SQP 通过在每一步求解一个二次规划子问题来逼近最优解。本章详细阐述了 SQP 算法的收敛特性和其与牛顿法的关系。 内点法 (Interior-Point Methods): 聚焦于对数势函数的应用,介绍了内点法如何将约束问题转化为一系列无约束问题求解,并分析了其在处理大规模二次规划和凸优化问题中的高效性。 第七章:反问题的数值处理 (Numerical Treatment of Inverse Problems) 真实世界的数据采集往往伴随着噪声和不完备性,导致问题(如图像重建、地球物理反演)变得病态(ill-posed)。 病态性分析: 形式化定义了 Hadamard 的三条标准,并解释了为什么标准最小二乘法在病态问题中会放大噪声。 正则化技术的核心: 详细介绍了 Tikhonov 正则化,分析了如何通过选择合适的正则化参数 $lambda$ 来平衡拟合误差与解的稳定性。本章还探讨了基于解的先验信息的正则化,如 Total Variation (TV) 正则化 在图像去噪中的应用,解释了其如何保持边缘信息。 广义逆与 SVD: 再次强调了奇异值分解(SVD)在计算矩阵的摩尔-彭若斯广义逆中的关键作用,并展示了如何使用截断 SVD 来实现稳定解。 --- 第三部分:特殊函数与数值积分的进阶 (Advanced Integration and Special Functions) 本部分关注的是在高级物理和工程模拟中不可或缺的计算工具。 第八章:高维积分与蒙特卡洛方法 (High-Dimensional Integration and Monte Carlo Methods) 当积分维度 $d$ 超过 4 或 5 时,传统的高斯求积方法因维度灾难而失效。 蒙特卡洛积分理论: 阐述了中心极限定理在随机抽样中的应用,并推导出其收敛率 $O(N^{-1/2})$ 独立于维度 $d$ 的关键优势。 方差减小技术: 重点介绍如何通过重要性抽样 (Importance Sampling) 和分层抽样来显著降低积分估计的方差,从而提高计算效率。 准蒙特卡洛(Sobol’序列): 介绍了使用低差异序列(如 Sobol’ 序列)代替伪随机数,以实现更快的收敛速度,这在金融衍生品定价中至关重要。 第九章:正交多项式与特殊函数的数值逼近 (Orthogonal Polynomials and Numerical Approximation) 许多物理现象通过微分方程描述,其解自然地涉及特殊函数(如贝塞尔函数、勒让德多项式)。 Gauss-型求积法的统一框架: 阐述了为什么 Gauss-Legendre、Gauss-Laguerre、Gauss-Hermite 求积法本质上都源于对特定权重函数下的正交多项式零点的利用。 连续分式与 Padé 近似: 探讨了这些非线性有理函数逼近技术在求解具有奇点的微分方程和加速特殊函数级数收敛中的应用。 数值稳定性考量: 分析了在计算如伽马函数、贝塞尔函数等特殊函数时,如何选择合适的算法来避免中间结果的下溢或上溢,保证计算的数值稳定性。 --- 结语:面向未来的计算挑战 《数值分析导论 II》的最后一章展望了当前数值分析领域的前沿课题,包括:自动微分(Automatic Differentiation)在现代机器学习算法中的应用、随机微分方程的数值解法,以及GPU 加速下的并行线性代数库的优化策略。 本书的结构旨在培养读者从“使用”数值方法到“设计”数值方法的转变,是研究生学习、工业研发人员以及所有希望在计算科学领域深耕的专业人士的必备参考书。

作者简介

目录信息

读后感

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作为一名在数值模拟领域摸爬滚打多年的工程师,我对于一本好的数值数学教材有着近乎挑剔的要求。而《Einführung in die Numerische Mathematik II》恰恰满足了我大部分的期待。这本书的实用性是我最看重的方面之一。虽然它是一本“Numerik II”,但我在其中看到了许多能够直接应用于工程实践的内容。比如,关于求解大型稀疏线性系统的迭代方法,如共轭梯度法、GMRES等,书中不仅详细介绍了它们的数学原理,还应该会对它们的收敛性和计算效率进行了深入的分析,并且可能提供了在实际应用中选择和改进这些算法的建议。此外,我对书中关于初值问题和边值问题的数值解法也很感兴趣,尤其是在处理复杂边界条件和高阶方程时,这些方法的重要性不言而喻。我希望书中能够涵盖一些现代数值技术,比如多网格方法、预条件子技术等,这些都是提高计算效率的关键。同时,这本书的语言风格也比较简洁明了,虽然是德文原版,但对于有一定德语基础的我来说,理解起来并不算太困难。当然,一本好的教材不仅仅在于理论的深度,还在于如何帮助读者将理论转化为实际操作。我希望书中能有足够多的、具有代表性的例子,并且能够附带一些伪代码或者算法描述,方便我将其转化为程序代码。这本书的出版,无疑为我们这些从事工程计算的同行们提供了一份宝贵的参考资料。

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这本书的装帧和纸质都相当不错,拿在手里就有一种知识的厚重感。我之前在学习数值线性代数的时候,虽然掌握了一些基本的算法,但对于一些更高级的迭代方法,如预条件共轭梯度法、GMRES等,以及它们在不同情况下的适用性和性能表现,总觉得理解不够深入。因此,《Einführung in die Numerische Mathematik II》这本书的出现,对我来说正是一个绝佳的学习机会。我期待书中能够详细地阐述这些高级迭代方法的原理,包括它们是如何通过预条件子或者改变迭代策略来加速收敛的。同时,我也希望书中能够包含一些关于病态矩阵的数值处理方法,以及如何在实际计算中识别和克服这些问题。此外,对于常微分方程和偏微分方程的数值解法,我也希望这本书能有更深入的探讨。特别是那些能够处理复杂几何形状和边界条件的网格方法,如有限元方法、谱方法等,它们的数学理论和实现细节都让我非常感兴趣。我希望通过阅读这本书,能够系统地学习到这些高级数值方法,并且能够理解它们在解决复杂科学与工程问题中的强大威力。这本书对我来说,不仅仅是一本书,更是一个通往数值数学前沿领域的阶梯。

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拿到《Einführung in die Numerische Mathematik II》这本书,我首先感受到的是它在结构上的严谨与条理。作为一名本科阶段已经学习过数值分析基础课程的学生,我迫切地希望能够继续深化我的理解,探索更广泛、更深入的数值计算领域。《II》这个标识,让我预感到这本书会涵盖那些在“I”中可能被略过或者只是简单提及的高级话题。我尤其期待书中对于“现代”数值方法,例如机器学习中常用的优化算法,或者在科学计算中广泛应用的“多网格”方法等内容的介绍。我对这些算法的理论基础、收敛性分析以及实际应用中的优劣势有浓厚的兴趣。此外,书中对数值积分和微分方程数值解法的进一步探讨也备受关注。我希望能看到一些关于高精度数值积分方法,或者能够处理复杂边界条件的微分方程数值解法的深入讲解。一本优秀的数值数学教材,不仅要讲清楚“怎么算”,更要讲明白“为什么这么算”,以及“在什么情况下这么算效果最好”。因此,我对书中对算法的误差分析、稳定性分析以及它们与数学模型之间的关系的阐述寄予厚望。这本书,我希望它能成为我深入理解数值数学理论,并将其应用于实际研究的有力工具,帮助我构建一个更全面、更扎实的数值计算知识体系。

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我拿到这本书已经有一段时间了,最近一直在断断续续地阅读,感觉它确实是一本非常扎实的著作。与我之前读过的很多数值数学的入门教材不同,《Einführung in die Numerische Mathematik II》在内容的深度和广度上都有显著的提升,它并没有仅仅停留在算法的介绍上,而是深入挖掘了算法背后的数学理论基础,这一点对我来说尤其重要。我非常欣赏书中对概念的严谨定义和对定理证明的详尽阐述,这使得我对许多数值方法的原理有了更清晰、更透彻的理解。例如,在讲解收敛性分析时,作者给出了多种不同的证明思路,并对比了它们各自的优劣,这让我能够从不同的角度去审视问题的本质。我特别对书中关于非线性方程组求解的部分印象深刻,牛顿法及其各种变种的推导过程,以及它们在不同情况下的适用性分析,都写得非常到位。此外,书中对于数值积分和插值方法的讨论也相当深入,不仅介绍了传统的龙贝格积分、高斯积分等,还可能涉及了一些更高级的方法,例如样条插值或者某些特定问题的最优插值。我感觉这本书的作者对数值数学有着非常深刻的理解,并且善于将复杂的概念以一种易于理解的方式呈现出来。它更像是一位严谨的数学老师,循循善诱,引导读者一步步走入数值数学的殿堂。我期待这本书能够帮助我建立起一个更加稳固的数值数学知识体系,为我未来的研究打下坚实的基础。

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在学术界,一本优秀的教材往往能够引领一个领域的发展方向,或者至少能够为该领域的学习者提供最扎实的基础。《Einführung in die Numerische Mathematik II》就是我心目中这样的著作。我已经接触过不少数值数学相关的书籍,但当我看到这本书时,我依然被它所承诺的深度和广度所吸引。我尤其关注书中关于“不确定性量化”和“全局优化”的内容。在现代科学研究中,由于测量误差、模型不精确等因素,我们往往需要对计算结果的不确定性进行评估,而全局优化则是在复杂的、非凸的目标函数中找到最优解的关键。我希望书中能够介绍一些先进的不确定性量化技术,例如概率代理模型、多项式混沌展开等,以及它们在可靠性分析、风险评估等领域的应用。同时,对于全局优化,我也期待书中能够涵盖一些启发式算法,如遗传算法、粒子群优化等,并对其性能和适用范围进行深入分析。一本好的数值数学教材,不应该仅仅是算法的堆砌,更应该注重培养学习者严谨的数学思维和解决问题的能力。我希望这本书能够提供清晰的理论框架,严谨的数学证明,以及富有挑战性的习题,引导我深入理解数值计算的精髓,并为我未来的研究打下坚实的基础。

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说实话,在接触到《Einführung in die Numerische Mathematik II》这本书之前,我对数值数学的一些“高级”领域,如快速傅里叶变换(FFT)的原理、快速多极子方法(FMM)的思想,或者求解非线性偏微分方程的某些专门技术,都只是有所耳闻,但缺乏系统性的了解。这本书的出现,恰好弥补了这一空白。我非常期待书中能够深入剖析FFT算法的数学基础,并解释它为何能在信号处理、数据分析等领域发挥如此重要的作用。同时,我也对书中可能涉及到的“多体问题”或者“积分方程”的数值求解方法感到好奇,比如FMM是如何通过多极展开和局部展开来加速计算的。此外,对于一些在理论物理、流体力学等领域至关重要的数值方法,我也希望能够有所了解。例如,如何有效地处理黎曼问题的数值解法,或者求解Navier-Stokes方程的有限体积法。一本真正优秀的数值数学教材,应该能够将这些“高大上”的理论以一种清晰、易于理解的方式呈现出来,并且能够展示它们在解决实际科研难题中的强大能力。这本书,我相信它一定能为我打开一扇通往数值计算更广阔世界的大门,让我对这个领域有更深刻、更全面的认识。

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我是一名对科学计算充满热情的在校学生,一直在寻找能够系统性地提升我在这方面技能的教材。《Einführung in die Numerische Mathematik II》这个书名,立刻吸引了我的注意,因为它意味着更深入、更高级的内容,这正是我所渴望的。我非常期待书中能够详细介绍那些在现代科学研究中不可或缺的数值算法。例如,在处理非线性系统时,牛顿法及其各种变种的理论推导和收敛性分析。我也对书中关于优化理论的内容充满了期待,如何有效地求解各种约束和无约束的优化问题,以及这些算法在机器学习、数据科学等领域的应用。更重要的是,我希望这本书能够帮助我理解数值方法的“内在美”,不仅仅是知道如何使用算法,更能理解其背后的数学原理,比如收敛性的证明、误差的产生与控制,以及算法的稳定性。一本好的教材,应该能够教会读者如何“思考”数值问题,而不是仅仅“套用”公式。我希望这本书能够提供大量的理论分析和严谨的数学证明,同时也能辅以足够的例子和习题,帮助我巩固所学知识,并培养独立解决数值问题的能力。这本书,我寄予厚望,希望它能成为我学术旅程中的一位良师益友。

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对于我这样一名正在攻读计算数学博士学位的学生来说,《Einführung in die Numerische Mathematik II》这本书的出现,简直是雪中送炭。它所涵盖的内容,正是我们研究领域所迫切需要的。我尤其关注书中关于不确定性量化和误差分析的部分。在科学计算中,误差的传播和累积是一个绕不开的问题,如何有效地估计和控制误差,对于保证计算结果的可靠性至关重要。我希望书中能够提供一些关于误差界估计的理论方法,以及在实际应用中如何进行误差分析的指导。另外,书中对于随机数生成和蒙特卡罗方法的介绍也让我充满了期待。在很多复杂的科学问题中,解析方法难以奏效,而蒙特卡罗方法则提供了一种强大的求解途径。我希望书中能够详细介绍各种随机数生成器的原理和性质,以及蒙特卡罗方法在积分、优化、模拟等方面的应用。此外,我对书中关于偏微分方程数值解法中的高阶精度方法,如谱方法、高阶有限差分法等也很感兴趣。这些方法在处理光滑解和追求高精度计算时具有显著优势。我希望这本书能够帮助我深入理解这些方法的数学基础,以及它们在实际问题中的应用潜力,为我的博士研究提供坚实的理论支持和丰富的实践指导。

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这本书的篇幅相当可观,拿在手里沉甸甸的,一看就是内容丰富、信息量大的那种。我一直对数值分析中的一些“硬骨头”问题很感兴趣,比如求解非线性系统、优化问题、以及处理一些病态问题。《Einführung in die Numerische Mathematik II》的名字就暗示了它将深入探讨这些更高级的主题。《I》部分大概是基础,那么《II》肯定会触及到更复杂、更具挑战性的算法和理论。我非常期待书中关于“大规模”问题的处理方法,这在现代科学计算中越来越重要。例如,如何高效地求解大规模稀疏线性系统,以及如何进行大规模优化。我希望书中能够介绍一些先进的迭代求解器,或者一些并行计算的策略。而且,数值数学本身就是一门与应用紧密结合的学科,我希望这本书能够穿插一些经典的数值算法在物理、工程、金融等领域的应用案例,这样能够更好地激发我的学习兴趣,也能让我明白这些数学理论的价值所在。阅读这本书,我希望能够获得不仅仅是算法的技巧,更能理解其背后的数学原理,从而在面对新的问题时,能够灵活地运用所学的知识,设计出有效的数值解决方案。它应该是一本能够拓展我思维边界,提升我解决实际问题的能力的佳作。

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这本书我真的是期待了很久,终于到手了。光看这个封面设计,就透着一股严谨又充满学究气的味道,厚实的纸张,清晰的排版,让人在翻阅之初就有了很好的第一印象。我一直对数值计算这个领域很感兴趣,尤其是在学习了基础的数值分析之后,总觉得意犹未尽,想要更深入地了解那些处理复杂问题的算法和理论。所以当看到《Einführung in die Numerische Mathematik II》这个书名的时候,我的好奇心就被瞬间点燃了。这本书的定位很明确,是“II”,意味着它是在“I”的基础上更进一步,这让我预感到它会涵盖更高级、更具挑战性的内容。我希望它能像一位经验丰富的向导,带领我穿越数值数学的更深层迷宫,揭示那些隐藏在算法背后的数学原理,以及它们在实际应用中的强大力量。我对书中关于数值线性代数、常微分方程数值解、甚至可能是偏微分方程数值解的内容尤为期待。尤其是求解大型线性方程组的迭代方法,以及有限元、有限差分等离散化技术的原理,这些都是我在本科阶段接触到的,但总觉得理解不够透彻,希望这本书能给我带来更深刻的洞见。此外,我也很关心书中是否会涉及一些现代数值计算的发展方向,比如机器学习中的数值优化,或者高性能计算中的并行算法设计,这些都是当前科学研究和工程实践中至关重要的领域。我希望这本书不仅能提供理论知识,还能通过精心设计的例题和习题,帮助我巩固理解,并且能够尝试着去解决一些更贴近实际应用的问题。这本书的质量和深度,是我最为看重的,我渴望它能成为我学术道路上的一个重要里程碑。

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