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数值线性代数


作者:
高卫国 魏轲 柏兆俊 编著
定价:
45.80 元
版面字数:
340千字
开本:
16开
装帧形式:
平装
版次:
1
最新版次
印刷时间:
2025年
ISBN:
978-7-04-063892-9
物料号:
63892-00
出版时间:
2025-06-27
读者对象:
高等教育
一级分类:
数学与统计学类
二级分类:
信息与计算科学专业课
三级分类:
数值代数

数值线性代数旨在高性能计算平台上高效且准确地实现各种矩阵运算,是科学与工程计算的核心支柱,同时也为数据科学和人工智能等前沿研究领域提供了关键的底层算法。本教材涵盖数值线性代数的理论、算法及典型应用,从浮点数表示与误差分析入手,系统介绍线性方程组、最小二乘问题、特征值分解和奇异值分解等经典数值线性代数问题的理论、算法及分析;在此基础上,通过扩散系统、Markov链、图绘制、主成分分析、非负矩阵分解和谱聚类等典型案例,展示矩阵计算在各个领域的应用潜力;最后,简要介绍压缩感知、线性降维、随机数值线性代数和深度神经网络等密切相关的前沿主题。

本书可作为高等学校计算数学、数据科学、计算机科学和人工智能专业的教材,也可供相关科技工作者参考使用。

  • 目录
    • 前辅文
      • 第一章 基础知识
        • 1.1 向量、矩阵及其范数
          • 1.1.1 向量和向量范数
            • 1.1.2 矩阵和矩阵范数
            • 1.2 矩阵的存储及BLAS
              • 1.2.1 三角方程组的求解
                • 1.2.2 矩阵的存储
                  • ☆1.2.3 BLAS函数库
                  • 1.3 四大矩阵分解
                    • 1.3.1 LU分解
                      • 1.3.2 QR分解
                        • 1.3.3 特征值分解
                          • 1.3.4 奇异值分解
                          • 1.4 浮点数与舍入误差
                            • 1.4.1 科学计数法和浮点数
                              • ★1.4.2 IEEE标准浮点数
                                • 1.4.3 舍入误差
                                • 1.5 误差分析与条件数
                                  • 内容注释及参考文献
                                    • 习题
                                    • 第二章 线性方程组和LU分解
                                      • 2.1 线性方程组的可解性
                                        • 2.2 Gauss消去和LU分解
                                          • 2.2.1 Gauss消去
                                            • 2.2.2 从Gauss消去到LU分解
                                              • 2.2.3 LU分解算法
                                              • 2.3 选主元Gauss消去和LU分解
                                                • 2.4 Cholesky分解
                                                  • 2.4.1 Cholesky分解算法
                                                    • ★2.4.2 Cholesky分解和Gauss消去的向后误差分析
                                                    • 2.5 线性方程组敏度分析
                                                      • 2.6 案例:扩散系统
                                                        • 内容注释及参考文献
                                                          • 习题
                                                          • 第三章 QR分解和最小二乘
                                                            • 3.1 QR分解和Gram-Schmidt正交化
                                                              • 3.1.1 正交投影
                                                                • 3.1.2 Gram-Schmidt正交化
                                                                • 3.2 Householder QR方法
                                                                  • 3.2.1 Householder变换
                                                                    • 3.2.2 Householder QR方法
                                                                      • ☆3.2.3 列选取QR分解
                                                                      • 3.3 线性回归和最小二乘
                                                                        • 3.4 最小二乘的两个变形
                                                                          • 3.4.1 正则化最小二乘
                                                                            • 3.4.2 线性等式约束最小二乘
                                                                            • 内容注释及参考文献
                                                                              • 习题
                                                                              • 第四章 特征值分解和特征提取
                                                                                • 4.1 基本性质
                                                                                  • 4.2 单一特征值计算
                                                                                    • 4.2.1 幂法
                                                                                      • 4.2.2 反幂法
                                                                                        • 4.2.3 Rayleigh商迭代
                                                                                        • 4.3 多个特征值计算
                                                                                          • 4.3.1 从正交迭代到基本QR算法
                                                                                            • 4.3.2 对称QR算法
                                                                                              • ☆4.3.3 Jacobi算法和分而治之法
                                                                                              • 4.4 敏度分析和扰动理论
                                                                                                • 4.5 案例:Markov链和网页排序
                                                                                                  • 4.5.1 Markov链
                                                                                                    • 4.5.2 网页排序
                                                                                                    • 4.6 案例:图绘制
                                                                                                      • 4.6.1 基本概念
                                                                                                        • 4.6.2 无向图绘制
                                                                                                        • 内容注释及参考文献
                                                                                                          • 习题
                                                                                                          • 第五章 奇异值分解和低秩逼近
                                                                                                            • 5.1 奇异值分解
                                                                                                              • 5.1.1 基本性质
                                                                                                                • 5.1.2 最佳低秩逼近
                                                                                                                  • 5.1.3 奇异值分解与特征值分解
                                                                                                                    • ☆5.1.4 矩阵双对角化
                                                                                                                    • 5.2 求解最小二乘和总体最小二乘
                                                                                                                      • 5.2.1 求解最小二乘
                                                                                                                        • 5.2.2 求解总体最小二乘
                                                                                                                        • 5.3 案例:主成分分析
                                                                                                                          • 5.4 非负矩阵分解
                                                                                                                            • 5.4.1 非负矩阵分解算法
                                                                                                                              • 5.4.2 应用举例
                                                                                                                              • 内容注释及参考文献
                                                                                                                                • 习题
                                                                                                                                • 第六章 迭代法
                                                                                                                                  • 6.1 线性方程组:古典迭代法
                                                                                                                                    • 6.1.1 定常迭代法的收敛性
                                                                                                                                      • 6.1.2 古典迭代法
                                                                                                                                        • 6.1.3 古典迭代法的收敛性
                                                                                                                                          • ★6.1.4 收敛速度比较
                                                                                                                                          • 6.2 线性方程组:梯度下降法和共轭梯度法
                                                                                                                                            • 6.2.1 梯度下降法
                                                                                                                                              • 6.2.2 共轭梯度法
                                                                                                                                                • 6.2.3 收敛性估计
                                                                                                                                                  • ☆6.2.4 预条件共轭梯度法
                                                                                                                                                  • 6.3 特征值计算:非线性梯度下降法和共轭梯度法
                                                                                                                                                    • 6.3.1 一般优化框架
                                                                                                                                                      • 6.3.2 广义特征值
                                                                                                                                                        • 6.3.3 迭代法求解广义特征值
                                                                                                                                                        • 6.4 案例:2维Poisson方程
                                                                                                                                                          • 6.4.1 2维 Poisson方程及其离散
                                                                                                                                                            • 6.4.2 Kronecker乘积
                                                                                                                                                              • 6.4.3 共轭梯度法求解Poisson方程
                                                                                                                                                              • 6.5 案例:谱聚类
                                                                                                                                                                • 6.5.1 k均值聚类
                                                                                                                                                                  • 6.5.2 谱聚类
                                                                                                                                                                  • 内容注释及参考文献
                                                                                                                                                                    • 习题
                                                                                                                                                                    • 第七章 进阶主题
                                                                                                                                                                      • 7.1 压缩感知
                                                                                                                                                                        • 7.1.1 欠定线性方程组
                                                                                                                                                                          • 7.1.2 压缩感知信号处理背景
                                                                                                                                                                            • 7.1.3 最小化l1-范数求解欠定线性方程组的稀疏解
                                                                                                                                                                              • 7.1.4 近端梯度法及其加速
                                                                                                                                                                                • 7.1.5 数值案例
                                                                                                                                                                                • 7.2 线性降维
                                                                                                                                                                                  • 7.2.1 线性判别分析
                                                                                                                                                                                    • 7.2.2 典型相关分析
                                                                                                                                                                                    • 7.3 随机数值线性代数
                                                                                                                                                                                      • 7.3.1 随机矩阵乘积
                                                                                                                                                                                        • 7.3.2 CX和CUR分解
                                                                                                                                                                                          • 7.3.3 基于随机投影的低秩近似
                                                                                                                                                                                            • 7.3.4 随机子空间嵌入
                                                                                                                                                                                            • 7.4 深度神经网络
                                                                                                                                                                                              • 7.4.1 逻辑回归
                                                                                                                                                                                                • 7.4.2 深度前馈神经网络
                                                                                                                                                                                                  • 7.4.3 卷积神经网络
                                                                                                                                                                                                  • 内容注释及参考文献
                                                                                                                                                                                                    • 习题