顶部
收藏

数据力学


作者:
主编 郭旭
定价:
53.00 元
版面字数:
420千字
开本:
16开
装帧形式:
平装
版次:
1
最新版次
印刷时间:
2025年
ISBN:
978-7-04-065801-9
物料号:
65801-00
出版时间:
2025-11-13
读者对象:
高等教育
一级分类:
力学类
二级分类:
力学专业课程
三级分类:
其他专业课

本书是力学领域“101计划”核心教材之一。数据力学是融合物理建模思想与现代数据科学方法的新兴交叉领域,旨在突破力学建模中数据表征、物理约束与计算效率的协同瓶颈,为传统力学体系赋予创新动能。

全书分两部分,共15章。第一部分为数据力学基础与方法,含6章,包括绪论、概率论与数理统计初步、非线性优化与变分法、数据力学之机器学习、数据力学之数据分析、数据力学之神经网络。第二部分为数据力学的工程应用,含9章,包括数据力学中数据驱动的建模方法、物理信息神经网络、数据力学在力学控制方程建模中的应用、数据力学在力学宏观本构建模与分析中的应用、数据力学在结构分析与设计中的应用、数据力学在分子动力学中的应用、数据力学在多刚体系统动力学建模中的应用、数据力学在重大工程装备先进制造中的应用、数据力学在深地油气开采中的应用。

本书可作为高等学校力学相关专业高年级本科生、研究生课程教材,也可作为相关工程技术人员的专业学习与参考用书。

  • 目录
    • 前辅文
      • 第一部分 数据力学基础与方法
        • 第1章 绪论
          • 1.1 传统力学方法的概况与发展挑战
            • 1.1.1 力学的基本概念与发展历程
              • 1.1.2 传统力学方法的挑战
              • 1.2 数据科学方法的背景
                • 1.2.1 数据科学的起源:从实验归纳到统计建模
                  • 1.2.2 数值计算的崛起:从解析方法到自动化模拟
                    • 1.2.3 数据科学的演化与智能化转型
                    • 1.3 发展数据力学的重要意义
                      • 1.3.1 数据力学的核心价值与定义
                        • 1.3.2 数据力学的应用领域与实践
                          • 1.3.3 数据力学的未来发展趋势
                          • 1.4 维数灾难
                            • 1.5 小结
                            • 第2章 概率论与数理统计初步
                              • 2.1 概率论简介
                                • 2.1.1 基本概念
                                  • 2.1.2 随机变量与概率分布
                                    • 2.1.3 期望与方差
                                    • 2.2 数理统计简介
                                      • 2.2.1 基本定理与概念
                                        • 2.2.2 统计分析
                                          • 2.2.3 回归分析
                                          • 2.3 小结
                                          • 第3章 非线性优化与变分法
                                            • 3.1 非线性优化
                                              • 3.1.1 认识优化
                                                • 3.1.2 优化问题中的相关概念
                                                  • 3.1.3 结构优化力学问题的数学建模案例
                                                    • 3.1.4 一元函数的无约束优化
                                                      • 3.1.5 多元函数的无约束优化、梯度及黑塞矩阵
                                                        • 3.1.6 受等式约束的多元函数的优化、拉格朗日乘子法
                                                          • 3.1.7 受不等式约束的多元函数优化——库恩–塔克条件
                                                          • 3.2 变分法
                                                            • 3.2.1 泛函与空间
                                                              • 3.2.2 变分法
                                                                • 3.2.3 力学中的变分原理
                                                                • 3.3 基于变分法的概率统计
                                                                  • 3.3.1 贝叶斯拟合
                                                                    • 3.3.2 变分推断与贝叶斯拟合的结合
                                                                    • 3.4 小结
                                                                    • 第4章 数据力学之机器学习
                                                                      • 4.1 机器学习概述
                                                                        • 4.1.1 机器学习简介及典型应用
                                                                          • 4.1.2 机器学习的主要类别
                                                                            • 4.1.3 机器学习的基本流程
                                                                            • 4.2 机器学习分类和任务
                                                                              • 4.2.1 监督学习
                                                                                • 4.2.2 无监督学习
                                                                                  • 4.2.3 半监督学习
                                                                                    • 4.2.4 强化学习
                                                                                    • 4.3 小结
                                                                                    • 第5章 数据力学之数据分析
                                                                                      • 5.1 数据结构
                                                                                        • 5.1.1 数据与数据结构的基本概念
                                                                                          • 5.1.2 数据结构与存储机制
                                                                                            • 5.1.3 数据模态表示与模型适配
                                                                                              • 5.1.4 数据的预处理
                                                                                              • 5.2 数据拟合
                                                                                                • 5.2.1 多项式拟合
                                                                                                  • 5.2.2 多项式拟合MATLAB代码
                                                                                                    • 5.2.3 贝叶斯拟合
                                                                                                      • 5.2.4 贝叶斯拟合MATLAB代码
                                                                                                      • 5.3 数据聚类与主成分分析
                                                                                                        • 5.3.1 数据聚类
                                                                                                          • 5.3.2 主成分分析
                                                                                                          • 5.4 数据同化分析
                                                                                                            • 5.4.1 数据同化方法简介
                                                                                                              • 5.4.2 数据同化的基本原理
                                                                                                                • 5.4.3 数据同化的一般步骤
                                                                                                                  • 5.4.4 数据同化的主要算法
                                                                                                                  • 5.5 小结
                                                                                                                  • 第6章 数据力学之神经网络
                                                                                                                    • 6.1 前馈神经网络
                                                                                                                      • 6.2 激活函数
                                                                                                                        • 6.2.1 Sigmoid函数(Logistic函数)
                                                                                                                          • 6.2.2 Tanh函数(双曲正切激活函数)
                                                                                                                            • 6.2.3 ReLU函数
                                                                                                                              • 6.2.4 Leaky ReLU函数
                                                                                                                                • 6.2.5 Softmax函数
                                                                                                                                • 6.3 正向传播
                                                                                                                                  • 6.3.1 输入层计算
                                                                                                                                    • 6.3.2 隐藏层计算
                                                                                                                                      • 6.3.3 输出层计算
                                                                                                                                        • 6.3.4 正向传播的数学表示
                                                                                                                                        • 6.4 自动微分
                                                                                                                                          • 6.4.1 深度学习框架介绍
                                                                                                                                            • 6.4.2 数值微分
                                                                                                                                              • 6.4.3 符号微分
                                                                                                                                                • 6.4.4 自动微分
                                                                                                                                                • 6.5 反向传播
                                                                                                                                                  • 6.6 优化算法
                                                                                                                                                    • 6.6.1 最速下降法
                                                                                                                                                      • 6.6.2 Adam法
                                                                                                                                                        • 6.6.3 牛顿法
                                                                                                                                                          • 6.6.4 阻尼牛顿法
                                                                                                                                                            • 6.6.5 拟牛顿法
                                                                                                                                                              • 6.6.6 DFP法
                                                                                                                                                                • 6.6.7 BFGS法
                                                                                                                                                                • 6.7 正则化
                                                                                                                                                                  • 6.7.1 过拟合
                                                                                                                                                                    • 6.7.2 正则化方法
                                                                                                                                                                      • 6.7.3 正则化参数的优化方法
                                                                                                                                                                      • 6.8 小结
                                                                                                                                                                    • 第二部分 数据力学的工程应用
                                                                                                                                                                      • 第7章 数据力学中数据驱动的建模方法
                                                                                                                                                                        • 7.1 DDCM的基本原理
                                                                                                                                                                          • 7.2 典型工作与理论拓展
                                                                                                                                                                            • 7.2.1 线弹性问题中的DDCM
                                                                                                                                                                              • 7.2.2 弹塑性问题中的DDCM
                                                                                                                                                                                • 7.2.3 数据驱动动力学
                                                                                                                                                                                • 7.3 与机器学习的融合
                                                                                                                                                                                  • 7.4 小结
                                                                                                                                                                                  • 第8章 物理信息神经网络
                                                                                                                                                                                    • 8.1 物理信息神经网络
                                                                                                                                                                                      • 8.2 结合时间离散的物理信息神经网络
                                                                                                                                                                                        • 8.3 结合区域分解技术的物理信息神经网络
                                                                                                                                                                                          • 8.3.1 扩展物理信息神经网络
                                                                                                                                                                                            • 8.3.2 课程–迁移学习物理信息神经网络
                                                                                                                                                                                            • 8.4 求解变刚度薄板问题的双网络策略物理信息神经网络
                                                                                                                                                                                              • 8.4.1 变刚度薄板问题介绍
                                                                                                                                                                                                • 8.4.2 双网络策略物理信息神经网络
                                                                                                                                                                                                • 8.5 物理信息Kolmogorov–Arnold网络
                                                                                                                                                                                                  • 8.6 神经正切核分析物理信息神经网络
                                                                                                                                                                                                    • 8.6.1 神经正切核
                                                                                                                                                                                                      • 8.6.2 物理信息神经网络中的神经正切核理论
                                                                                                                                                                                                      • 8.7 算例
                                                                                                                                                                                                        • 8.8 小结
                                                                                                                                                                                                        • 第9章 数据力学在力学控制方程建模中的应用
                                                                                                                                                                                                          • 9.1 数据驱动识别偏微分方程的Seq-SVF方法
                                                                                                                                                                                                            • 9.2 基于Seq-SVF方法的杆系统控制方程建模实例
                                                                                                                                                                                                              • 9.3 弹性变形及热力耦合系统控制方程建模实例
                                                                                                                                                                                                                • 9.4 数据驱动杆系统控制方程建模MATLAB代码示例
                                                                                                                                                                                                                  • 9.5 小结
                                                                                                                                                                                                                  • 第10章 数据力学在力学宏观本构建模与分析中的应用
                                                                                                                                                                                                                    • 10.1 本构建模概述
                                                                                                                                                                                                                      • 10.2 数据驱动本构建模的发展路径
                                                                                                                                                                                                                        • 10.3 MAP123本构建模方法
                                                                                                                                                                                                                          • 10.4 基于数值实验的数据驱动本构建模实例
                                                                                                                                                                                                                            • 10.5 数据驱动本构建模MATLAB代码示例
                                                                                                                                                                                                                              • 10.6 小结
                                                                                                                                                                                                                              • 第11章 数据力学在结构分析与设计中的应用
                                                                                                                                                                                                                                • 11.1 线性边界假设条件下的传统子结构分析
                                                                                                                                                                                                                                  • 11.2 考虑物理约束的多尺度形函数神经网络训练与优化
                                                                                                                                                                                                                                    • 11.3 问题无关机器学习增强的结构拓扑优化
                                                                                                                                                                                                                                      • 11.4 代码
                                                                                                                                                                                                                                        • 11.5 小结
                                                                                                                                                                                                                                        • 第12章 数据力学在分子动力学中的应用
                                                                                                                                                                                                                                          • 12.1 经验势能参数优化
                                                                                                                                                                                                                                            • 12.2 数据驱动势函数构建
                                                                                                                                                                                                                                              • 12.3 小结
                                                                                                                                                                                                                                              • 第13章 数据力学在多刚体系统动力学建模中的应用
                                                                                                                                                                                                                                                • 13.1 多刚体系统动力学方程
                                                                                                                                                                                                                                                  • 13.2 基于拉格朗日的全连接神经网络
                                                                                                                                                                                                                                                    • 13.3 基于LNN的数据驱动多刚体系统动力学建模
                                                                                                                                                                                                                                                      • 13.4 数值仿真
                                                                                                                                                                                                                                                        • 13.5 小结
                                                                                                                                                                                                                                                        • 第14章 数据力学在重大工程装备先进制造中的应用
                                                                                                                                                                                                                                                          • 14.1 盾构装备自主研制与应用中的关键力学问题
                                                                                                                                                                                                                                                            • 14.2 盾构工程实测数据力学分析与反演识别
                                                                                                                                                                                                                                                              • 14.3 融合底层力学逻辑的盾构掘进载荷机器学习
                                                                                                                                                                                                                                                                • 14.4 小结
                                                                                                                                                                                                                                                                • 第15章 数据力学在深地油气开采中的应用
                                                                                                                                                                                                                                                                  • 15.1 多孔数字岩心的生成
                                                                                                                                                                                                                                                                    • 15.2 多孔岩石渗流分析
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 15.3 岩石断裂破坏预测
                                                                                                                                                                                                                                                                        • 15.4 小结
                                                                                                                                                                                                                                                                      • 参考文献

                                                                                                                                                                                                                                                                      相关图书