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編輯推薦: |
运用C#编程语言和VisualStudio平台的数值分析实验指导书,内容涵盖数值分析的基本原理、算法实现以及实际应用案例.
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內容簡介: |
本书是一本专注于数值分析实验的指导书籍,通过精心设计的实验项目,引导读者深入理解数值分析的基本概念和方法,帮助读者打下坚实基础并提升实践能力。内容涵盖数值计算的基本原理、算法实现以及实际应用案例,旨在帮助读者掌握数值分析的核心知识并能够熟练运用C#编程语言和VisualStudio平台进行数值计算实验。
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關於作者: |
胡振中,于清华大学土木工程系先后获得工学学士和工学博士学位,现任清华大学深圳国际研究生院海洋工程研究院副院长,教研系列副教授。主要研究方向为土木与海洋工程信息技术、海洋数字防灾、建筑与城市信息模型(BIM/CIM)。教授工程硕士数学、土木与建筑工程CAE等4门课程。曾获清华大学2023年度“青年教师教学奖”。
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目錄:
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目录
编程基础
一、 C#编程语言基础
二、 Visual Studio开发环境
实验一数值稳定性
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验内容
四、 实验步骤
五、 实验总结
课后习题
实验二线性方程组的直接解法——Gauss消去法
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验内容
四、 实验步骤
五、 实验总结
课后习题
实验三线性方程组的直接解法——Cholesky分解
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验内容
四、 实验步骤
五、 实验总结
课后习题
实验四矩阵的特征值与特征向量
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验内容
四、 实验步骤
五、 实验总结
课后习题
实验五线性方程组的迭代解法——Jacobi迭代法和GaussSeidel迭代法
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验内容
四、 实验步骤
五、 实验总结
课后习题
实验六线性方程组的迭代解法——超松弛迭代法和共轭梯度法
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验内容
四、 实验步骤
五、 实验总结
课后习题
实验七非线性方程组的数值解法——二分法和不动点迭代法
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验内容
四、 实验步骤
五、 实验总结
课后习题
实验八非线性方程(组)的迭代解法——Steffensen迭代法和Newton迭代法
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验内容
四、 实验步骤
五、 实验总结
课后习题
实验九插值法——Lagrange插值
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验内容
四、 实验步骤
五、 实验总结
课后习题
实验十插值法——Newton插值和三次样条插值
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验内容
四、 实验步骤
五、 实验总结
课后习题
实验十一函数逼近——最小二乘法
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验内容
四、 实验步骤
五、 实验总结
课后习题
实验十二数值积分——NewtonCotes求积公式、复合求积公式、Romberg求积公式
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验内容
四、 实验步骤
五、 实验总结
课后习题
实验十三数值积分与微分——GaussLegendre求积、自适应积分法、求导
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验内容
四、 实验步骤
五、 实验总结
课后习题
实验十四常微分方程的数值解——Euler方法、RungeKutta方法
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验内容
四、 实验步骤
五、 实验总结
课后习题
实验十五常微分方程的数值解——显式/隐式Adams方法、一阶方程组
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验内容
四、 实验步骤
五、 实验总结
课后习题
应用案例
案例一二维扩散模拟
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验内容
四、 实验步骤
五、 实验总结
案例二弹簧质量阻尼系统的振动分析
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验内容
四、 实验步骤
五、 实验总结
案例三杆系结构力学分析
一、 实验目的
二、 实验原理
三、 实验内容
四、 实验步骤
五、 实验总结
课后习题参考答案
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內容試閱:
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前言
数值计算是科学计算和工程应用中的核心组成部分,广泛应用于物理、化学、生物、金融、工程等领域。它通过数学模型和算法来解决实际问题,尤其是在不存在精确解的情况下,数值计算提供了一种有效的近似求解手段。例如,在天气预报、航空航天、结构分析、流体动力学等领域,数值计算能够模拟复杂的自然现象和工程问题,帮助科学家和工程师进行预测、优化和决策。
随着计算机技术的飞速发展,数值计算的规模和复杂度也在不断增加。现代科学研究和工程实践中,往往需要处理大规模的数据集和复杂的数学模型,这对数值计算的效率和精度提出了更高的要求。因此,掌握数值计算的基本原理和实现方法,对于从事科学计算和工程应用的研究人员和开发者来说,具有重要的意义。
基于此背景,我们结合课堂教学及工程应用经验,针对实际教学需求,编写了这本《数值分析实验》,旨在帮助读者学习如何使用C#编程语言和Visual Studio平台创建并使用数值计算库。C#是一种功能强大且易于学习的编程语言,广泛应用于Windows平台上的应用程序开发。通过学习本书,读者将能够:
理解数值计算的基本概念和应用场景。
掌握C#编程语言的基础语法和面向对象编程思想。
熟悉Visual Studio开发环境的使用,包括项目管理和调试技巧。
学会使用NuGet包管理器来管理和扩展项目依赖。
能够逐步创建并完善属于自己的数值计算库,并将其应用于解决实际数值计算问题。
本书在编写过程中得到清华大学、清华大学深圳国际研究生院的支持,诸多灵感来自于清华大学深圳国际研究生院钱翔老师,课题组成员闵妍涛、姜熙媛、何佳泽、刘毅也参与了教材的编审和例题的制作,在此向他们一并表示由衷的感谢!本书的出版得到了国家重点研发计划项目(2022YFC3801100)、广东省基础与应用基础研究项目(2022B1515130006)和清华大学深圳国际研究生院教改项目(202303J001)的支持,一并感谢!
另外,本书构建的数值计算库源代码已上传至出版社的云盘,读者可以扫描本页的二维码获取,以供学习参考。
由于时间匆忙、水平有限,书中难免错漏之处,请读者批评指正!
胡振中
2025年3月
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