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页数:193

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出版时间:2010-1

价格:39.00元

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isbn号码:9787302217763

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好的，这是一份关于一本名为《DNA计算模型》的图书的详细简介，内容聚焦于其他领域，旨在避免提及该书可能包含的DNA计算相关内容。 《量子纠缠与信息熵：下一代信息科学的理论基石》 图书简介 导言：信息时代的范式转移 在信息科学的浪潮席卷全球的今天，我们正面临着一个前所未有的挑战：如何在大数据、高速计算和极端环境限制下，构建更高效、更具鲁棒性的信息处理框架。传统的图灵机模型在处理某些复杂问题时已现疲态，而经典物理学的局限性也日益凸显。本书《量子纠缠与信息熵：下一代信息科学的理论基石》，并非聚焦于生物计算的特定应用，而是深入探究支撑未来信息技术革新的底层物理与数学原理，特别是量子力学在信息处理领域的核心作用。 本书的写作宗旨，在于构建一个跨越经典信息论、统计物理学和量子信息学的统一理论框架，为读者提供理解和设计下一代信息系统的理论工具。我们避免陷入具体算法或硬件实现的细节，而是致力于阐明信息、熵、复杂性和物理实在性之间的深层关联。 第一部分：信息与熵的再审视 第一章：香农信息论的局限与拓扑信息学的引入 本章从信息论的奠基人克劳德·香农的经典框架出发，详细剖析其在处理非平稳、非马尔可夫过程信息时的理论盲点。我们探讨了信息在非线性动力系统中的传播特性，引入了拓扑数据分析（TDA）的概念，用以描述高维数据结构中的“洞”和“连通性”，这些拓扑不变量往往比传统统计量更能揭示数据的内在组织结构。本章重点分析了如何利用持续同调理论来量化复杂系统的“形状信息”，这对于理解网络结构和大规模系统中的信息流失至关重要。 第二章：广义熵的概念与物理实在性 熵，作为衡量系统无序程度的核心概念，在本章中被赋予了更广泛的解释。我们超越了热力学和信息论的传统定义，深入研究了冯·诺依曼熵、Rényi 熵以及 Tsallis 熵在描述非平衡态系统时的优势与适用边界。重点讨论了熵的物理实在性问题，探讨了信息缺失（或不确定性）是否与能量耗散存在不可分割的联系。此外，我们还引入了“负熵流”的概念，用以描述生命系统和复杂工程系统维持低熵状态所需的外部驱动力。 第三部分：量子纠缠的几何与代数描述 第三章：高维希尔伯特空间的几何结构 量子信息学的核心在于对希尔伯特空间中量子态的描述。本章避开量子计算的线路图，转而专注于量子态的几何表示。我们详细阐述了密度矩阵流形、Gleason 度量以及Fubini-Study 度量在描述量子态空间中的作用。通过引入微分几何的工具，我们考察了量子态之间的“距离”和“可区分性”，并阐明了最优测量如何对应于这些几何空间中的测地线。理解这些几何结构，是构建鲁棒量子传感和安全通信协议的基础。 第四章：纠缠的代数不变量与张量网络表示 纠缠，作为量子关联的本质特征，其量化与分解是一个核心难题。本章探讨了张量网络（Tensor Networks）——特别是矩阵乘积态（MPS）和投影纠缠对态（PEPS）——作为描述多体量子态的有效语言。我们重点分析了用于衡量纠缠的代数不变量，如Schmidt 系数、纠缠熵的区域依赖性，并研究了如何将高维量子态分解为低秩张量网络的结构，这不仅是理论研究的需要，也为模拟复杂多体系统提供了强大的计算范式。 第三部分：信息处理的物理限制与未来展望 第五章：热力学第二定律与信息处理的能耗极限 信息处理必然伴随着物理过程，因此不可避免地要受到热力学定律的约束。本章聚焦于兰道尔原理（Landauer's Principle）的修正与推广。我们探讨了在非平衡态和快速信息擦除过程中，信息熵的降低与热量产生的精确关系。此外，我们还分析了计算过程中的不可逆性如何导致信息损失，并探讨了在极低能耗计算（如接近绝热计算）中，如何通过精细控制系统演化来最小化信息处理的功耗。 第六章：时空结构中的信息编码与量子引力接口 本书的最后一部分将视野拓展到物理学的最前沿。我们探讨了信息在时空几何中扮演的角色，引入了“It from Qubit”的概念，并讨论了全息原理（Holographic Principle）与信息约束之间的关系。通过研究黑洞信息悖论的最新进展，本章力求阐明信息如何在极端引力场中得以保存或转换，并初步探讨了信息论如何作为未来量子引力理论的潜在桥梁。 结论：统一的信息科学愿景 《量子纠缠与信息熵》并非一本计算手册，而是一部理论构建的宣言。它强调了从底层物理规律中推导出信息处理能力的必要性。通过对拓扑学、几何学、统计物理学和量子力学的深度融合，本书旨在培养读者一种超越经典图灵模型的直觉，为应对下一代信息科学中出现的理论鸿沟奠定坚实的理论基础。本书面向对信息论、量子物理、复杂系统理论有浓厚兴趣的研究人员、博士生以及高层次工程师。

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这本书给我最大的惊喜，在于它如何将晦涩难懂的生物化学原理，转化成了一种充满创意的工程学蓝图。我本以为这是一本偏向理论推导的著作，但事实是，它充满了大量基于现实问题的案例研究。例如，书中对利用DNA折纸术解决旅行推销员问题（TSP）的详细解析，不仅展示了计算的效率，更令人惊叹于DNA分子自身所具备的精确导航能力。作者的叙事风格非常富于启发性，他擅长用类比的方法，将复杂的分子交互过程比作我们日常生活中遇到的逻辑难题，这种“去神秘化”的处理方式，极大地降低了阅读门槛。对于那些对未来计算技术抱有好奇心，但又缺乏深厚生物学背景的工程师和设计师而言，这本书无疑是一剂强心针，它清晰地指明了仿生计算的未来发展方向，充满了对未知领域的探索精神。

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这部作品的价值远超其表面上的技术内容，它更像是一次对人类认识极限的温柔挑战。作者在书中关于生命复杂性与计算效率之间权衡的讨论，极其发人深省。我特别欣赏其在收尾部分对伦理和社会影响的审慎思考，指出随着分子计算能力的增强，我们必须同步关注数据安全和生命伦理的边界。行文风格上，此书保持了一种冷静而富有远见的批判性视角，既不盲目乐观地推崇新技术，也不因循守旧地排斥变革。它以一种近乎历史学家般的客观姿态，梳理了从早期DNA存储尝试到现今复杂的基因编程应用的全过程。对于那些渴望站在科学前沿，思考技术如何重塑我们对信息、生命乃至宇宙认知的读者来说，这本书无疑是一次富有深度的精神洗礼，它所提供的洞察力是多维且经久不衰的。

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读完这本深度剖析了生物学前沿技术的专著，我最大的感受是其对理论框架构建的严谨性与实验数据的交叉验证的细致入微。作者并未停留在对DNA作为数据载体的简单介绍，而是深入剖析了各类分子机器在执行特定算法时的动力学过程和热力学约束。书中关于自组装纳米结构在并行计算中的应用部分，我反复阅读了数遍，那里面对熵增定律在分子层面的制约，以及如何设计出能够克服热噪声的稳健算法的论述，展现了极高的学术水准。书中对不同计算范式的比较分析，例如与量子计算的潜在交叉点，提供了丰富的视角来评估生物计算的实用性与局限性。我注意到，作者在论证过程中大量引用了近十年的顶尖期刊文献，这极大地增强了文本的说服力和时效性。对于希望从事计算生物学研究的专业人士来说，这本书无疑是一部不可或缺的参考宝典，它系统地梳理了该领域从理论萌芽到工程实现的全景图。

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这本书的阅读体验，如同跟随一位经验丰富的向导，深入探索一片充满未解之谜的数字丛林。不同于那些只关注“是什么”的技术书籍，这本书更侧重于“如何实现”和“为何如此”。我对书中关于分子逻辑门设计与集成电路的类比描述印象深刻。作者没有简单地罗列已有的分子器件，而是花了大量篇幅讨论了如何构建具有反馈机制和容错能力的复杂分子系统，这无疑触及了生物计算从玩具到实用工具的关键瓶颈。文字的节奏把握得极好，时而缓慢而详尽地铺陈基础知识，时而又迅速切入高能的创新应用，让人在紧张与放松之间保持着高度的注意力。它成功地架设起了一座桥梁，连接了冷硬的计算机科学与有机、自适应的生命科学领域，让读者看到了跨学科研究的巨大能量。

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这部关于生物计算和分子算法的书，给我带来了极其深刻的启发，尽管我最初对这个领域的了解非常有限。作者以一种近乎散文诗的笔调，引领我们穿越了分子层面的复杂性，将那些原本只存在于教科书上的抽象概念，描绘成了一幅幅生动的、充满活力的自然图景。书中对信息如何在生命系统中编码和解码的探讨，尤其是对DNA双螺旋结构如何被巧妙地用作存储介质和逻辑门的阐述，简直是令人拍案叫绝。我尤其欣赏作者在描述早期DNA计算实验时的那种历史沉浸感，仿佛读者也亲身参与了那些奠基性的探索。书中对于“计算”这个词的重新定义，从硅基的电子逻辑延伸到碳基的化学反应，拓展了我对“智能”和“处理能力”的边界认知。它不仅仅是一本技术手册，更像是一部哲学思辨录，探讨了生命本身是否就是最精妙的计算系统。那种对细节的把握与宏观视野的结合，使得即便是初次接触该领域的读者，也能感受到其中蕴含的巨大潜力与美感。

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