Matrix Algebra

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出版者:Springer
作者:David A. Harville
出品人:
页数:271
译者:
出版时间:2001-10-1
价格:USD 59.99
装帧:Paperback
isbn号码:9780387953182
丛书系列:
图书标签:
  • Matrix
  • Algebra
  • 矩阵代数
  • 线性代数
  • 数学
  • 高等数学
  • 矩阵
  • 向量
  • 数值计算
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  • 理工科
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具体描述

This book contains over 300 exercises and solutions that together cover a wide variety of topics in matrix algebra. They can be used for independent study or in creating a challenging and stimulating environment that encourages active engagement in the learning process. The requisite background is some previous exposure to matrix algebra of the kind obtained in a first course. The exercises are those from an earlier book by the same author entitled Matrix Algebra From a Statistician's Perspective. They have been restated (as necessary) to stand alone, and the book includes extensive and detailed summaries of all relevant terminology and notation. The coverage includes topics of special interest and relevance in statistics and related disciplines, as well as standard topics. The overlap with exercises available from other sources is relatively small. This collection of exercises and their solutions will be a useful reference for students and researchers in matrix algebra. It will be of interest to mathematicians and statisticians.

《空间之弦:探索线性代数的几何维度》 本书并非一本关于矩阵理论本身的教科书,而是以一种独特而富有启发性的视角,将抽象的线性代数概念编织进生动的几何图景之中。我们暂且将“矩阵代数”这一耳熟能详的术语搁置一旁,而将注意力集中在我们所能观测和理解的、由线性关系构成的“空间”之上。 想象一下,我们生活的宇宙,或者任何一个由数量和方向定义的系统,都可以被看作是一个多维度的“空间”。在这个空间中,每一个“点”都代表着一种状态或一个配置。而线性代数的精妙之处,在于它提供了一套语言和工具,让我们能够描述和操纵这些点之间的关系,以及它们在空间中的运动和变换。 《空间之弦》将带领读者进行一次别开生面的几何探索。我们将从最基础的向量概念出发,理解它们是如何在二维平面、三维空间乃至更高维度中“扎根”和“生长”的。向量的加法和标量乘法,将被形象地解读为“位移”和“拉伸/压缩”的几何操作。我们将会看到,两个向量相加,如同两段位移的依次执行,最终得到一条新的、连接起点与终点的合位移。而向量乘以一个常数,则是对向量长度的缩放,方向保持不变,如同拉长或缩短了一根橡皮筋。 在此基础上,本书将深入探讨“线性组合”的几何意义。当我们把一组向量进行标量乘法后相加,得到的新的向量,就仿佛是将这些原始向量作为“基石”,以不同的比例“搭建”而成的。这些“搭建”出来的向量,构成了一个由原始向量“张成”的子空间。例如,二维平面上任意两个不共线的向量,可以张成整个二维平面,意味着平面上的任何一个点,都可以通过对这两个向量进行适当的缩放和叠加来找到。而如果这两个向量共线,它们只能张成一条直线。本书将通过丰富的图示和直观的类比,让读者深刻理解“张成空间”这一核心概念,并认识到不同向量组所能张成的空间的维度差异。 紧接着,《空间之弦》将聚焦于“线性变换”的几何本质。一个线性变换,不是随意地扭曲或变形空间,而是以一种“线性”的方式重塑空间。它将直线变换为直线,将原点保持在原点。我们将通过具体的例子,如旋转、伸缩、剪切、反射等,来可视化这些变换在空间中留下的痕迹。例如,一个旋转变换,是将空间中的所有点围绕一个轴线或一个点进行一定角度的转动,而直线上的点依然构成直线,只是这条直线的位置发生了变化。本书将强调,任何一个线性变换,都可以用一种特定的“几何眼光”来理解,而非仅仅是抽象的代数运算。 “基”的概念,在本书中将被视为“坐标系”的几何基石。不同的基,如同我们在空间中选择了不同的“度量尺”和“方向指示器”,来描述和定位空间中的点。基的更换,就是将我们对空间点位置的描述,从一种“视角”转换到另一种“视角”。本书将通过详实的几何解释,帮助读者理解向量坐标的相对性,以及不同基下坐标之间的转换关系,就像是我们在不同语言的地图上查找同一个地点一样。 “秩”和“零空间”,将以空间“压缩”和“遗忘”的视角来阐释。当一个线性变换作用于整个输入空间时,它可能将高维度的空间“压缩”到低维度的空间,甚至压缩到一个点(零向量)。那些被变换后变成零向量的输入向量,构成了“零空间”。本书将把零空间理解为变换过程中被“遗忘”或“抹去”的信息维度。而变换的“秩”,则可以理解为变换后信息的“保留”程度,即变换后空间所具有的维度。 “特征向量”和“特征值”,则揭示了线性变换作用下“不变方向”的奥秘。想象一下,我们在对空间进行某种变换时,总有一些特殊的向量,它们在变换后仅仅是长度发生了变化(乘以一个因子),而方向却保持不变。这些不变的方向,正是“特征向量”,而它们被缩放的比例,就是“特征值”。本书将把特征向量视为变换的“轴心”或“根本方向”,而特征值则指示了这些方向上的“生长”或“收缩”程度。理解特征值和特征向量,就像是洞察了变换最本质的规律。 本书避免了繁复的代数推导,转而将重点放在概念的几何化和直观化上。我们相信,通过将抽象的数学语言转化为鲜活的几何图像,读者不仅能更深刻地理解线性代数的基本原理,更能体会到其在描述和分析现实世界中的强大力量,无论是在物理学、工程学、计算机图形学,还是数据科学的领域,线性代数所构建的“空间之弦”,都无处不在地连接着我们对世界的认知。

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读后感

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用户评价

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这部作品最让我印象深刻的,是它对“反直觉”概念的耐心处理。线性代数中充满了许多初看之下非常反直觉的现象,比如“满秩矩阵却不存在唯一解”、“零矩阵可以有非零向量的乘积”等等。很多教材只是简单地陈述这些事实,让读者自己去消化这些矛盾。但作者在这里,仿佛一位经验丰富的导师,他会先引导你进入一个看似“正常”的直觉模型(比如几何空间),然后逐步引入约束条件,展示直觉是如何被打破的,最后再用严谨的代数语言来巩固新的理解框架。特别是关于矩阵的零空间和列空间的正交性证明部分,那段论述的逻辑链条极其严密,步步紧逼,让人无处可逃,直到最后不得不承认这个看似矛盾的结果其实是系统内部平衡的必然体现。这种层层递进的认知重塑过程,是其他任何我读过的同类书籍都未能达到的高度,它真正做到了“授人以渔”,教人如何面对数学中的悖论和复杂性。

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我对这本书的评价,必须从其对“应用边界”的拓展性来谈起。很多教材止步于欧几里得空间和有限维度的讨论,但这部作品明显超越了这些藩篱。我惊喜地发现,它花了不少笔墨去探讨泛函分析的萌芽,特别是引入了无限维向量空间的概念,并将其与微分方程的解空间联系起来。这种前瞻性的视角,让这本书的生命力大大延长。我身边的不少朋友,学完基础的矩阵运算后,往往在遇到偏微分方程或者更复杂的统计模型时感到力不从心,主要就是因为基础知识的抽象层次不够高。这本书恰恰弥补了这一点,它将读者从二维或三维的直观认知中“解放”出来,准备好迎接更广阔的数学空间。它不只是教你如何解方程组,更重要的是教你如何“思考”一个系统(无论它有多少个变量)的内在结构,这对于正在从事科研工作的我来说,具有极高的参考价值。

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说实话,我拿到这本书的时候,内心是充满期待又带着一丝忐忑的。我一直觉得线性代数是理工科学习中的一道坎,很多人学完就忘,或者干脆没学明白。然而,这本书的叙事风格竟然带有一种近乎哲学思辨的韵味。它没有直接给出“这是你需要知道的”,而是通过一系列精心设计的“为什么”来引导读者自己去发现“是什么”。比如,在讲解矩阵分解(如SVD)时,作者没有直接抛出复杂的矩阵乘法分解式,而是先用了一整章的篇幅去探讨“信息”和“维度”的本质关系,这种铺垫的手法极其高明。它迫使你放下对计算的执念,转而关注那些深层次的结构和变换的本质。我尤其欣赏作者在处理矩阵群和变换群时的细腻笔触,它将代数与几何的边界模糊化,使得原本相互独立的知识点能够流畅地融汇在一起。阅读过程中,我常常需要停下来,泡一杯茶,对着黑板推演一番,那种“啊哈!”的顿悟时刻,远比单纯记住一个公式带来的满足感要强烈得多。

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这部著作初识,便觉其气场非凡,装帧厚重,纸张的触感也透着一股沉静的力量感。书脊上的“线性代数基础”几个字虽然直白,但翻开扉页后,我立刻被其内容的深度和广度所吸引。作者似乎并不满足于教科书式的罗列公式和定理,而是试图构建一个完整的、相互关联的数学思想体系。特别是关于向量空间和线性变换那几章,叙述角度极其新颖,不再是死记硬背的定义堆砌,而是通过大量的几何直觉引导,让人仿佛亲手触摸到了那些抽象的概念。例如,对特征值和特征向量的阐述,竟然能结合到图像处理和数据压缩的实际案例中去,这使得原本枯燥的代数运算瞬间鲜活起来,对于我这种偏爱应用层面的读者来说,简直是醍醐灌顶。虽然初读时理解的深度有限,但其体系的完整性和逻辑的严密性,已经让人确信这是一部可以反复研读、每次都能有所得益的经典之作。它不像市面上那些快餐式的学习资料,而是像一座需要攀登的高峰,每向上一步,视野都会开阔一分。

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这本书的排版和插图设计,简直是艺术品级别的。现在市面上很多数学专业书籍,内容或许扎实,但阅读体验却像在啃一块硬面包——干涩且乏味。但这部《Matrix Algebra》显然在这方面下了大工夫。它的图示不是那种简单粗暴的箭头和坐标轴,而是融入了大量美学考量的可视化工具。例如,在解释矩阵乘法作为线性映射的叠加时,作者用了一组动态演变的彩色多边形来展示变换过程,色彩的运用精准地对应了基底的变化,即便是初次接触矩阵变换的人也能迅速建立起直观印象。再者,注释和引文的处理也极其到位,它尊重了读者的探索欲,没有将所有背景知识都塞进正文,而是巧妙地引导至更专业的文献。这种对阅读体验的尊重,使得长时间的深度阅读不再是一种煎熬,而成为一种享受。我甚至愿意把它放在书架上,仅仅是欣赏它作为一本实体书的质感。

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