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谈谈计算数学(转自校内)

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hi,我是mzszrj,我是一名大三的学生,专业是数学与应用数学。希望与大家一起成长,请多多指教。
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发表于 2010-1-23 09:06 |只看该作者 |倒序浏览
|招呼Ta 关注Ta
虽然不是我写的,但我觉得很好,希望与大家分享。以下的内容转自校内:4 X- z  p( r; l& g) s7 J$ w' l1 M" w
1 F" t- i4 p, K, [0 C9 D9 _" x3 z; H
从计算数学的字面来看,应该与计算机有密切的联系,也强调- k1 z/ k1 W% l, H  R
了实践对于计算数学的重要性。也许Parlett教授的一段话能
7 ~. |$ Q! A& W% V最好地说明这个问题:+ ~6 \4 F( m2 ^$ O
, y$ h7 A% [$ {3 E$ _
How could someone as brilliant as von Neumann think; H) ]* y2 |+ U) W0 ?4 f+ V* i% h! t
hard about a subject as mundane as triangular factoriz
- l9 c$ ~' `2 g8 w9 D& E-ation of an invertible matrix and not perceive that,; ?/ Z3 u1 U% n& C. `' _! f. D1 h7 h: h
with suitable pivoting, the results are impressively( y; r# `4 i" ~0 C5 y
good? Partial answers can be suggested-lack of hands-on* {5 ]. o  d6 U
experience, concentration on the inverse rather than on
+ |+ |" u% p! W, B% a, M7 othe solution of Ax = b -but I do not find them adequate.
  w1 f! a" `3 ^5 @! D7 }& CWhy did Wilkinson keep the QR algorithm as a backup to a
3 e$ a6 N4 R8 ILaguerre-based method for the unsymmetric eigenproblem( F2 ^6 d6 }& f% A- H; [5 N! Z* m
for at least two years after the appearance of QR? Why/ c+ ]; |4 i0 M0 o
did more than 20 years pass before the properties of
8 A3 o' O3 K  f2 tthe Lanczos algorithm were understood? I believe that
( j' V9 R8 q( l  Z3 U/ Athe explanation must involve the impediments to
5 r4 h$ G: }4 `6 M7 d9 t4 ycomprehension of the effects of finite-precision
0 o) L8 `% i1 p) k( g% qarithmetic.(引自www.siam.org/siamnews/11-03/matrix.pdf), G" D8 `* N% k' U3 [

" k4 |4 N+ z  L) b5 {' d  \既然是计算数学专业的学生,就不能对自己领域内的专家不有所
  F% r1 B/ F3 C! A+ o" I了解。早些年华人在计算数学领域里面占有一席之地是因为冯康
4 O& a: V6 P/ a: ?院士独立于西方,创立了有限元方法,而后又提出辛算法。这里
% N2 S5 r! q& R只是列出几位比较年轻的华人计算数学专家,因为他们代表了当4 s' K3 a+ _+ c4 I- t6 U
前计算数学的研究热点,也反映华人对计算数学的发展的贡献。6 [: ~( L4 B! P  a6 e

- z) H! z" M# r6 O% K! {0 k侯一钊(加州理工)2 L" ~9 A  c& I. E) \, W% o5 U2 ]
研究方向:计算流体力学、多尺度计算与模拟、多相流
& h. y( y5 \3 U9 c& u5 Bhttp://www.acm.caltech.edu/~hou/ 7 U4 [# f! U1 q, F3 b

; e6 p- s6 A3 o; T鄂维南(Princeton大学)
  `- k% X3 O/ q1 g/ x7 t北京大学长江学者,研究方向:多尺度计算与模拟
" D: j7 e2 [+ r- o2 F; rhttp://ccse.pku.edu.cn/staff/weinane.htm & x7 ?# V" `9 }( k
% b, }0 W8 r* e3 ^$ Z3 W5 r
包刚(Michigan州立大学)
5 h# W+ V- o4 _0 ~0 H吉林大学长江学者,研究方向:光学与电磁场中的计算等/ ?4 E5 S8 n5 r  F1 u* K2 c
http://www.mth.msu.edu/~bao/ # b! P7 V8 ^+ A7 i# R! s

% P( {. o6 i3 O; ?0 t9 \金石(Wisconsin大学)
; ~. Q3 G4 C9 u; r清华大学长江学者,研究方向:双曲守恒律、计算流体力学、
5 o& _; S. e" e; x. E动力学理论等2 `* e0 k1 t  R/ f
http://www.math.wisc.edu/~jin/
& `' j9 C- D6 Y
0 k7 P( t, M9 r  b0 g# m3 O* b汤涛(香港浸会大学)! j: l. M  q- F. E) H$ M
中科院,研究方向:移动网格法等
) `# ?% @3 Q7 X( t# g7 M; dhttp://www.math.hkbu.edu.hk/~ttang/
5 O; L, C) i+ o7 T- o6 j* Q8 @5 _) N; I( t7 \
舒其望(Brown大学)
% U6 x7 Y  a/ f4 i' J) E中科大长江学者,研究方向:计算流体力学、谱方法
" y& k: y2 w3 \1 x! W1 ^http://www.dam.brown.edu/people/shu/home.html " K  k) o$ g% m

8 M) M9 }' T1 a* I陈汉夫(香港中文大学); t* j$ ~: [# f% P+ M
研究方向:数值线性代数4 `, A- J& Q8 V' C8 N3 F5 `
http://www.math.cuhk.edu.hk/~rchan/
. D% |& X3 ~/ Y" K( C, S9 n4 I
" N& s( D9 |5 O许进超(Pennsylvania州立大学)
- [& B- |0 h! L% o% T0 o3 A  B1 s北京大学长江学者,研究方向:有限元、多重网格法" I, Z3 Q% b# D3 n# g
http://www.math.psu.edu/xu/   X% n. i2 w7 }5 Q* W

4 Z1 ~2 Z/ T, `4 m, S4 n- c7 z1 I袁亚湘- z( w0 F' u/ K; A7 i
中科院,研究方向为非线性最优化
) K9 A6 v) d; Whttp://lsec.cc.ac.cn/~yyx/ / A0 P: }( X% E' D" ~- m4 d

1 p* M( Q" R1 X0 p3 G张平文(北京大学)$ {5 }6 s3 X: g) S2 U
北京大学长江学者,研究方向为复杂流体的模拟、多尺度计算与
( `  P) r0 l8 H  T% b模拟、移动网格法等
( ], s& k7 d$ x4 z. C: y+ dhttp://www.math.pku.edu.cn/pzhang/index.html
: l2 O2 R- K5 [- f
7 \, {7 K" T4 b# o陈志明(中科院)
  ^6 P9 ~; l1 C5 G% _4 |* A研究方向:科学计算与数值分析,主要为有限元法: U1 I$ V! ]) J
http://lsec.cc.ac.cn/~zmchen/index-c.html 7 J9 @, h+ X. U6 W
; M6 ~  [) Y' B1 f
其他还有黄维章、吴宗敏、Xu Kun、程今等人也非常突出7 t& i  F9 {4 f; U" O7 T
; S# j5 X& H2 @0 ^9 k
作为计算数学专业的学生,经常阅读本专业中的主要杂志也许: M' q; @) E+ H; H; l
是颇有裨益的。
9 n- U  {% w/ T$ i1 M) t3 J+ S4 e理论:
* p$ q( D- k' o/ Z% {* u最好的基本是
& `. M8 K+ ~1 z; K: l8 GMathematics of Computation2 ]+ G* q" T4 l
Numerische Mathematik
! g7 S7 N- o5 t, J, YSIAM Journal on Numerical Analysis+ Y( A8 E, z& M, t7 O
SIAM Journal on Matrix Analysis & Applications* f' k7 a! B( r
SIAM Journal on Scientific Computing1 _2 R) a) p. t, h& U) q5 X
较好的有:
# Y* {& t+ e! X' M+ |$ r  lBIT4 C2 O# g2 Q- T0 s4 N6 \6 K
IMA Journal of Numerical Analysis3 l, K, y9 n6 o6 K
Advances in Computational Mathematics% S4 W" F9 I" ?" J! w
Inverse Problems: C0 q- X8 c- w  j

9 \; e# J, G! u+ G1 V0 k$ }6 }还有应用性质的杂志:5 k$ h1 q- h5 y3 X
Journal of Computational Physics
* e  @! s: ]5 d( wInternational Journal for Numerical Methods in Engineering
5 Z% k4 ?5 o  i, @: @- U2 @; u, ?Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering7 b9 K# T, h" j3 W8 p8 m2 E7 t
International Journal for Numerical Methods in Fluids5 Y4 ^/ D) t" N5 R: P" I
Computers and Fluids" l% n4 q& K$ H; l: U1 d
Computational Mechanics
$ t( J0 \% S& x3 a0 u8 t; k) u还有很多带有Computational字眼的其他学科的期刊:Journal of- x6 z# \* m4 t. T
Computational Chemistry,Computational Material Sciences" x2 [8 n/ v( Q: k+ G. {: L  n
也可以浏览。
; t9 z2 r- Y3 ]2 ~2 S, b
. v+ |* q! X9 U但是作为入门来说,大家的综述特别能帮助我们这些新人迅速把握
# [& A' h" t- u, s" o: m7 b% k  G了解、把握一个领域,因而值得特别重视。这方面最好的是剑桥大
7 p! E7 V7 O$ l' Q- n0 G& z) |学出版社出版的Acta Numerica连续出版物。Acta Numerica每年出
5 R; H9 _+ A; Z$ h4 e版一本,作者均是该领域的顶尖人物。比如说最近几年水平集方法/ r7 x- p) L% R; a/ `4 e% D4 I# W
非常热门,05年就有一篇水平集方法创始人之一的Stanley Osher写3 O9 m5 g  ?6 O, y) Y( S
的Level Set Method in Image Science。其他论题有:entropy; ?9 U" X  T, @
stability (Tadmor E),radial basis function (Buhmann MD)等" q& j# |* @: h" g7 j5 O- I
等。该出版物我们学校没有订,不过可以从网上可以找到不少。我
1 H, D+ T( f1 A) G: H这里大概也有二三十篇,可以提供上载。
4 G" q: d* f3 ^; Q) E! B
7 e- _2 n  m5 d9 B9 ?" d% |8 \; K另外一本就是SIAM Review。SIAM Review的每一期里面都有几篇文
8 C& D+ \0 s: d章关于计算数学的内容的,经常从实际问题引伸出计算的问题,或% X+ @3 K/ [; `/ e& t8 t- g( N
者是介绍每一个领域的最新进展等。 SIAM News的每一期也有关于  |, A1 v1 n8 D( C; r' F* F0 \
计算的有意思的短文,不妨浏览浏览。
1 j. j; O8 U% M) T" c9 [+ ?+ g. K1 Z3 W4 ?, n
作为数学系的学生,无疑是需要读很多数学书。计算数学的书可以
7 k; v* j" W2 e! w1 z称得上是汗牛充栋。以前在系版上提到过几本。现在再补充一些。
/ X# ?& i. J% r& G5 b9 \2 W0 H$ n/ K7 ^* x/ X
微分方程数值解是计算数学中的核心论题。传统的方法有有限差分
+ n0 _0 X% A. I; V法、有限元法、边界元法和谱方法。; p- n0 q2 D( e# a3 j2 a
% a& B0 [) |5 |5 M& v6 {
有限差分法想法最为简单,比较容易理解。李荣华的那本《微分方程7 P$ b. b9 ^6 L0 b% c8 K: f, W
数值解》就介绍了最基本的东西:收敛性、相容性和稳定性。
% A. ]+ ?1 y: q* t! gRichtmeyer & Morton的《Difference Methods for Initial-Value  x6 N4 c4 ?- q. N
Problems》则是差分法方面的经典著作。R. LeVeque最近也有一本
5 |! f! _+ Y+ x  L《Finite Difference Method for Differential Equations》也很5 E: X3 ]7 {7 G: H) J2 W
有意思,介绍了差分方法的新的现代概念。LeVeque的书可以在他的0 n" W0 E  e9 g% U8 x8 c  d: ]5 {
主页(http://www.amath.washington.edu/~rjl/)上下载,他的另
5 c7 D! {7 X' r+ b9 [外一本书《Numerical Methods for Conservation Laws》是守恒律/ V+ g. I; y. M9 Y8 d9 ?
数值方法方面非常出色的著作。
! T; W! F6 F* u1 [0 a' y: l! y7 J' _% z. z8 J
有限元法方面自然是推荐使用Ciarlet的《The Finite Element Method7 |4 Y' b/ ~- G
for Elliptic Problems》。这也是系里专业科的教材,另外Brenner
# ~( B9 i9 G1 C+ f2 r% @& Scott的《Mathematical Theory of the Finite Element
' s  v% x/ ]/ ?5 A: IMethod》据说也是不错的。
$ B* V0 }8 ^5 J$ K( K) D. K" Q; g+ U3 y- O
; q8 L3 E/ e+ b5 \% u# \0 h谱方法对于规则区域上的问题往往是最为有效的方法。华东师大的
: g0 `- s2 P* Z1 T/ W4 Q7 _郭本瑜教授在这方面做过很好的工作,他的《Spectral Methods# K+ P: o8 ^* W& m  J. ?
and Their Applications》广受好评。Purdue大学的沈捷教授也有
2 j: d. e7 N( L很出色的工作,他的一个讲义可从他的主页(http://www.math.purdue.edu/~shen/
9 {$ s7 t  x! }- H% m0 i1 T2 K" W; A2 c( c1 F9 |0 U; v  }
上下载,同时还有相关的Matlab和Fortran程序。谱方法方面最好的
; Z: e) b* o  V5 t6 |入门书为Trefethen的《Spectral Methods in Matlab》,其他的还
7 D! a/ Y, G* p0 h& R( s$ ~+ q有Canuto等人的《Spectral Methods in Fluid Dynamics》,不过, x, t& F5 \: a! n3 r  e0 Y+ W$ @
不知道能不能再学校里找到。! e/ t, M9 V# l+ d  i3 q
8 w, C6 f  ]- d, |
除了上面这些方法之外,还有近年来比较热门的无网格方法,这些可
: ?- E! _( O8 e$ p$ s+ b, Y* p以参考张雄和刘岩的《无网格方法》(清华大学出版社,2003,50¥)。0 m, M( C; P" l5 i
$ j% N; _9 q1 V6 N7 h
计算数学的主要工具是泛函分析。一般推荐的Yoshida的《Functional
5 C4 P8 K5 X3 s; n4 rAnalysis》(有中译本:吉田耕作,《泛函分析》)或者Rudin的! i/ C" L0 Q3 |0 T) }
《Functional Analysis》。这两本书都是非常难的,但是也是非常
* X. d( l" t9 D% D% F+ l经典的书,可能当字典比较合适。但是,泛函分析里面重要的定理
2 r9 {0 [& s8 G4 s- S; E) ]在计算里面并不见得特别有用,所以我们要甄别那些可能有用的东  V* l: m3 H# e  }  [; e) M- e3 U" O( U
西,Sawyer的《数值泛函分析引论》也许是比较合适的入门读物。0 q; _6 \/ J2 ]. U& R0 K
这本书里面介绍了一些泛函分析概念的来由,如Holder不等式的导
, H- o) V" G4 M- ]出,也有泛函分析在计算数学中的应用,比如Kantorovich迭代收敛( n5 M& t9 N- C( {
性准则的解释。张恭庆的《泛函分析》强调泛函分析的应用,里面9 k1 I- p6 \8 I7 F1 @6 L& U
也有一些应用于数值计算的例子,比如Lax等价定理,值得读一下。
* r& A+ [. V+ M4 A  k
" m2 ~+ R' a) ]4 m& ~计算数学还有其他许多重要的分枝,如矩阵计算、反问题、计算流( L9 y% V( \* x; `4 ]% P$ w5 ~: J4 V
体力学、最优化、逼近论等。由于这方面本人涉略甚少,这里也没& W4 X2 E& f, p* s! I1 U: U
有什么好说的了。希望计算数学这些方向的其他同许能补充上去。
7 R% X# d; k6 e& K1 J! |- y0 C/ @. m  H/ }, B+ {/ U' h
最后补充一句,订阅mailing list也是不错的,可以迅速获得关于
6 |; u( i3 p& g# f, b计算数学会议、新出版文章等的信息。中文的推荐使用CAM,可在下8 I+ F3 o& Z# A- x
面的网址注册
! @" r% x* F1 I2 lhttp://www.math.hkbu.edu.hk/cam-net/indexcn.html
& s3 S! C6 `: o: b& M% Y! N英文的推荐订阅Clever Moler的NA Digest,可在下面的网址注册
2 F$ g% r* V7 i: @0 }: xhttp://www.netlib.org/na-net $ D4 Z6 z% }* Y+ M: x8 n

( ~( l2 I' c: Q7 Y. V: ?+ g
/ Y; z4 C% Y. |- k" I; Q6 H& g+ l2 J$ `3 W0 y, j2 M7 @( @$ l" X
先订正一个错误:Sawyer的那本书的题目我
7 M# X7 Z/ r+ N/ D/ S  j. o# p, [记错了,应该叫《数值泛函分析初览》,系资料室和图书馆8 D* g$ X/ B3 }6 i$ A  d2 e$ O& w
都有中译本的。
' q" H+ a2 M# J. f+ d9 V" I- q# G7 C1 u) c4 a
接下来介绍几本矩阵计算方面的书的。浙大的张振跃老师$ w6 y* m' ~" ]4 V0 w
在这方面有很出色的工作,中科院的白中治,北京大学的徐
# P( ^: F6 b5 C4 N) G; r树方,复旦的魏益民和曹志浩,澳门大学的金小庆都是这方- n% V5 Z% J: o; D( u3 N- _( x+ k
向的,还有复旦出去的柏兆俊。肯定还有许多学者在这方面
+ ~& a# x% G) |7 t9 u有很突出的工作,可惜我基本上没什么涉略,这里也不能列& c: F+ e2 Q7 F0 ?& @$ W
出来。
' ]9 p+ G) \# d, [4 m5 v+ T; N
国外的大牛有Golub,很多这个方向的大家都是他的学生。4 t: {5 J* F. ]  d2 A
Kahan, James Demmel, Peter Stewart, L N Trefethen,
, V+ m- U1 X( UHigham,这个名单可以列的很长,这些人是矩阵计算方面$ e/ A8 _7 W( Y2 W4 Y7 z+ V" e7 |
的大家。+ v9 O0 a) P$ |  Z7 O

6 `2 e1 ^4 i2 v矩阵计算方面最经典的书应该是J H Wilkinson的《The
5 Y6 d1 ]; }# C- u9 WAlgebraic Eigenvalue Problem》(有中译本,石钟慈等
1 ^, ?( F5 S0 d0 t人译,《代数特征值问题》,科学出版社,学校图书馆有,
/ C% d. Z; }  _$ ]  T8 x系里有英文版的)。这本书虽然老,但是据说读一下还是
- ~( O. _8 r9 j6 V1 y0 a& O. f0 M. i很有启发的。现在的经典是Golub和
) S1 ?6 x+ j) w% w' Pvan Loan的《Matrix Computation》(有中译本,袁亚湘译,
+ d# ], J% [1 q5 Z/ y《矩阵计算》,科学出版社),英文版的电子版可以在网上
. M) P, P, U& U. M' {2 ~- Z找到的。其他的书有Demmel的《Applied Numerical Linear# D+ O2 b% [- i- r4 ~
Algebra》,Trefethen & Bau 的+ r7 t! T1 K8 [5 ~8 T3 H
《Numerical Linear Algebra》据说也是很好的。Yousef/ C# B& b0 g; I# U( y
Saad有两本书《Iterative methods for sparse systems》
$ f. [4 k8 r( p7 B& y# y" ~, p和《Numerical methods for large eigenvalue problems》,
+ C; L: J1 E! A& u写的挺有意思的,在他的主页
* E+ N  n& }% Q" Bhttp://www-users.cs.umn.edu/~saad/
$ O$ R8 g1 ^2 x& b上可以down。说到矩阵计算,还得提到Householder的一本老
! b' Q. P, c# L. O书,《The theory of matrices in numerical analysis》* H# }( N" {' X
(有中译本,系里中英文版的都有)。
" v" n! r6 [1 i3 N6 }" L( M/ g$ m" w2 g/ |6 n
LN Trefethen现在是剑桥大学的教授,他写的每一本书都很经典,& m1 S0 `/ v" @. e, y5 W
前面已经到过他的几本书了,《Spectral Method in Matlab》,) j4 N0 l: @- Q% `7 s$ V
《Numerical Linear Algebra》,还有《Finite Difference
. W, U9 Q- [1 B& f9 R4 A$ U7 xand Spectral methods》(在他的主页上可以
/ ^6 J8 v9 l8 V: U/ [down,http://web.comlab.ox.ac.uk/oucl/work/nick.trefethen/
; n! n+ r( B# O4 O. @- t。读他的书和文章感觉也是人生的一大享受。/ L& ?+ ]: b, c6 Z% X3 q, l

7 n' Z+ k6 Q1 A他在Cornell大学任教时,曾上过一门课,就是阅读数值计算的经. y8 x8 ^, X% J
典文献。为此他写过一个短文,列举了数值计算中的十三篇经典文
4 f! ]- K9 ?$ l; H3 G, {" ~( R献,也许对大家有点启发。
# s7 O2 j, d% W8 Y; Z( Y
' Y  P8 V) `/ J- m* z- T) o* Q1. Cooley & Tukey (1965) the Fast Fourier Transform4 J8 p6 f" `3 d  @( l
2. Courant, Friedrichs & Lewy (1928) finite difference methods for PDE' R" f/ r& B. h0 B% z' d2 J' H" s- d% T% b
3. Householder (1958) QR factorization of matrices
, r$ i9 f, q9 ~6 w5 j# f& a4. Curtiss & Hirschfelder (1952) stiffness of ODEs; BD formulas
5 l- a7 g) R$ h5 N4 G5. de Boor (1972) calculations with B-splines
, Q; H% w  j/ S/ F; L: \6. Courant (1943) finite element methods for PDE
* X" ]/ h: |# p+ `/ {! i7. Golub & Kahan (1965) the singular value decomposition" {) m- V/ e& m! D9 A; V3 ?
8. Brandt (1977) multigrid algorithms
! v$ s# ?/ U* b% B  }9. Hestenes & Stiefel (1952) the conjugate gradient iteration
: `/ Z- g. v* k; m; s: I10. Fletcher & Powell (1963)optimization via quasi-Newton updates
8 M' ^  Q: c4 b2 O3 y3 I# \11. Wanner, Hairer & Norsett (1978) order stars and applications to ODE1 z( f& z  [' D0 z
12. Karmarkar (1984)interior pt. methods for linear prog.
4 H1 E, {2 O! P3 I" r# n13. Greengard & Rokhlin (1987) multipole methods for particles
# h# J. j2 t2 Q
. b. i( D- ^9 t' x他的remark也很有意思,We were struck by how young many
$ h' l0 _8 M# Z2 C  _of the authors were when they wrote these **s (average
! G! `  B; d7 z( t$ S- }age: 34), and by how short an influential ** can be1 A- f6 d+ y) a% r+ x
(Householder: 3.3 pages, Cooley & Tukey: 4.4).这说明大家
' Y7 ?5 V5 G6 q" h" P都还是很有希望的,呵呵。, u- o4 P3 b. _2 H. R1 ~9 X* }

: ^2 \4 K) T  t
% n% L  m5 M: B1 m2 d; V; J" h. Z反问题无疑是计算数学中最热门的方向之一。该方向现在有如下
6 |( U8 t+ `# z+ w8 j
5 O! g  f; j5 o. G3 x几本杂志:Inverse Problems,Journal of Inverse and Ill-posed
) e3 C- e' P( P* `! d2 E9 L6 d9 Y8 z3 f3 B
Problems, Inverse Problems in Sciences and Engineering(以前
; Q7 R& o0 p8 F% A2 W. x
( k- o; F4 ~7 r9 z9 Q4 v叫Inverse Problems in Engineering).第一本杂志最好,第二本杂
7 A5 U, {0 T6 r' V; Y8 ^
- ^1 y' N0 k/ W志上面有很多苏联人的工作,第三本偏向于应用。在很多高档次的& J9 p4 A0 l% g$ I

& x7 A) i9 x, X, ^9 C杂志中都有反问题方面的文章,比如SIAM Journal on Numerical) V! \/ Z! E$ F, h

( j* f& ~% e. D/ mAnalysis,SIAM Journal on Mathematical Analysis, SIAM' o+ G: J3 H; h% t1 v  }! z3 z

' T2 ~) _* U$ K3 ]; l4 `# t* dJournal on Matrix Analysis and Applications,SIAM Journal on/ V/ P/ }, ], C- [5 |# c

1 S) L3 o$ ^7 U$ B. R0 LScientific Computing上也有不少反问题方面的文章。
9 M' \8 e* F# f5 T1 A) z' ]" T7 r) E( v  U& W
在国内做反问题做的最好的应该是复旦大学的程晋老师,他在反问( Q) P5 T5 v7 d% p5 O8 n
# a# R3 y+ X! `. [
题的理论估计方面有不少工作,南京大学的金其年老师也有不少好
+ U4 D8 t0 S. r$ K9 Y: W0 d
" p" _1 }4 m5 p3 [& s% m的结果(很年轻!),哈工大有几个人是做应用方面的工作的(他
$ a' z# P; E1 K
5 l; P' W* Y5 ^2 a们的前校长就是做地球物理中的反问题的)。国际上知名的有HW' ^, @; d* N$ r

+ }% u; ?4 l# F! B3 \/ ?0 f9 \Engl(澳大利亚),Yamamoto(日本), Kress(德国), Martin
1 Y( H+ l2 ?5 F7 R7 e8 F' T2 w5 T, ]0 X  s  b, E! ]
Hanke(德国), Isakov(美国)等。% R, ?9 ^/ E, I- r( {. c& U

5 Z* W$ D4 W" n5 i/ I9 m9 j反问题的一个重要特点就是与实际问题联系特别紧密,往往需要根; T" T, f) z0 x
6 A2 ^. I. D+ `; s6 H
据问题的特点设计专门的算法,这也是反问题的难点所在。很多应
* x* r6 [/ o% Z( ^: Z4 u
* g1 a5 y) j) E用领域与反问题结合之后成为一个单独的研究领域,如EIT。) Z" m" Z9 c% i" t/ B& _; l& A

* g5 t% b8 w% h; C4 `, a水平集方法应用于反问题似乎是当前反问题算法研究中的一个热点。明尼苏达大学; m8 i# G% `6 P2 g8 P
的Fadil Santosa最早将水平集方法应用于求解反问& N. W% v$ \7 v, |

2 W. w5 i. Z$ B: X, g& q题,但是没有很大的反响。Engl的学生Martin Burger在2000年将水% @+ g- W7 o( b( z

9 c# M3 O* O2 x平集方法应用于反问题(发表在Inverse Problems上),在国际上8 y1 b1 J6 D! [3 ]0 `8 |& S+ L0 G( h

( j8 T/ ]( p) h9 T3 f有很大的反响。Martin Burger在博士毕业后就被邀请到UCLA的Osher6 J' E  @% @3 {5 ~, p: J, h
  ]. o* X$ `$ y0 m7 V
的小组作研究,并和Osher一起就水平集方法在反问题的应用作了一
- {3 Q) d8 |& L1 x8 w/ \
9 \" N& ~: s/ {0 L1 U: i个综述和展望,值得参考。$ |5 i* N' W7 ^/ B6 s7 R3 g

8 s, x5 C' O4 ^) y% K1 {/ S8 r反问题反面最为经典的当属Tikhonov和Arsenin的《Solutions of8 ]- J8 I# M3 [. ?/ Q( M
Ill-posed Problems》(有中译本,《不适定问题的解法》,学
0 s8 ]9 N- Z0 p; A1 V: T3 y校里有,英文版的系里有)。现在反问题反面每篇重要的文章基' h* t2 O0 W& h+ F
本上都要引用这本书。这本书比较抽象,算法方面有所涉及,但
$ S' ^3 O5 H* [( H. N- g# B/ P是不多。后来Tikhonov和Yogola等人一起写过非线性反问题反问
7 l! A8 j; e$ P/ l+ {题理论方面的书,还写过一本算法方面的书,可惜书名我已经忘
" O# V9 X, S$ N6 Z2 B8 A记的。个人感觉Groetsch的《The theory of Tikhonov+ v7 E4 q5 |0 _1 a; e: l% |
regularization for Fredholm equation of the first kind》$ n$ B9 Y( e8 c4 _
是比较好的入门书,这本书比较薄,也比较容易读懂。读了这本- A& l( w8 @  O# d% S+ `; V( K1 X
书之后,阅读反问题理论方面应该不会有很大问题。Kress的: B# a* G* Z4 {4 h( T9 G
《Linear Integral Equations》和Kirsch的《An Introduction
5 F0 R: W" E6 f* s0 d+ ?8 w, {2 Vto the Mathematical Theory of Inverse Problems》也是不错, t5 c, L, ^, j1 ?
的入门书。这些书在系资料室里都能找到。Engl等人的% w5 d7 C! o0 q8 T
《Regularization of Inverse Problems》广受好评,应该可以
# ], }; c! b* X1 C9 N作为进一步阅读的材料。专门的著作有很多,如Isakov的
' s+ A1 H  C- k1 n- [4 Z# `* A《Inverse problems for partial differential equations》,; Q: {  q6 ?" s* m: I' J' a
Martin Hanke的《Conjugate Gradient Type Methods for
& e4 |1 }  ]* |9 o' LIll-posed Problems》应该也是不错的。
' g% C9 r; [' s8 l) P' P
' a6 F6 p, M  z& g! a. t在反问题的数值算法方面的书籍不多,只有Hansen的《Rank-
; Y  g0 A6 W8 S1 g2 B1 |7 W! X. Wdeficient and discrete ill-posed problems》和 Vogel的/ |- E2 |& o0 E* |' x& }) e3 t- G  `2 f
《Computational Methods for Inverse Problems》。两本
, z) O8 b2 K; x* v% M书都是非常棒的,要求的基础基本上类似,对矩阵计算的基
7 z9 S# ?- o. R0 ~本概念非常熟悉。但是侧重点有所不同,Hansen的书容易阅5 y: U" i  Q9 D( h* a0 P
读,所以在工程师里面也是很popular。Vogel的书稍微数学
  N+ z5 C- ^% [1 r化,涉及的范围也稍微广一点,比如说很重要的Total
; f; `+ C4 Q5 V, |7 B  e7 z" vVariation regularization在Hansen的书里就不讨论,但是
, c5 F6 c: a2 R" h; Y: G9 AVogel的书里做了非常详细的讨论。Tikhonov的算法书应该+ ?9 z! K! _. H/ S0 N6 Z5 X
也有很大的参考价值,可惜我没办法搞到,所以也没法评论& Y8 C/ n( s6 f5 s
了。
, U1 I  [; @6 V4 E& Z$ s6 `
3 f3 r+ i0 x$ L2 t反问题的reading list 可以在下面的链接中找到:1 ^1 s) b$ L' f0 J, Y
http://infohost.nmt.edu/~borchers/geop5 ... dings.html   a' T7 Z. h+ p  Y
. W2 r- p1 H' [9 b' t
计算的热点似乎有两个特点:* d8 P) m3 [, y% |% Y
一个是与具体的应用结合形成新的学科,比如说计算流体力学、: U% C& @, Q2 H% J6 E! c% H
计算空气动力学、计算力学、计算物理。这里强调的是为新的学
2 F! \3 T4 K$ G+ g0 x; h科的发展做出贡献,也就是所谓的作为除实验和理论之外的第三3 T7 K% ]1 V4 b2 x0 P0 L
种研究手段。材料和生物中的计算问题似乎将是以后的计算数学
) _; O4 p$ j' o# G6 G- r中的一个热点,可以参考鄂维南老师的评论文章。
9 x: l  y4 E$ n! `' f
( Z9 y  g% Z7 y/ l# `+ C一个是应用新的数学工具。比如说应用Lie群理论构造保格式的微; b7 n. l; D! R, R* v
分方程数值解法,拓扑引出的continuation method。其缘由可能
- r- T" F' B7 @是基于某种物理上的考虑,但是可以通过引入新的数学工具来解决。" u# F% ]/ B# `' ]  V) b  d: f2 `
这也应该是一个值得注意的地方。
zan
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