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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:! f- A, J/ L3 Q( q/ Q( V* z

; a1 q; P+ A* L( }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
$ L3 O7 ^( p; S# W8 H) m+ x了实践对于计算数学的重要性。也许Parlett教授的一段话能3 V* I; m% V+ x6 s8 M. A- ]
最好地说明这个问题:
4 \4 }4 V7 ?' [; w, z7 A1 Y; l7 p5 Q8 C- v# A9 v5 y6 @2 H$ f
How could someone as brilliant as von Neumann think
) N$ b0 m" {3 E7 M9 N, y% {hard about a subject as mundane as triangular factoriz
/ {) G0 c* ~/ b-ation of an invertible matrix and not perceive that,
3 Y* D5 R+ T* @0 o3 h4 awith suitable pivoting, the results are impressively
, Z  \* }  J3 t7 L, _, P  g! p# j' B: Zgood? Partial answers can be suggested-lack of hands-on2 a  H! a4 E: B2 ?7 }
experience, concentration on the inverse rather than on
2 {: {7 Z6 n) Z. y( v+ uthe solution of Ax = b -but I do not find them adequate.: [) k- s: E+ r! [, L
Why did Wilkinson keep the QR algorithm as a backup to a
- I( W* I. }, f4 ^2 G5 u9 uLaguerre-based method for the unsymmetric eigenproblem) f4 V7 h) P6 r
for at least two years after the appearance of QR? Why
5 U% e8 v8 v0 Bdid more than 20 years pass before the properties of1 ]6 ?1 B2 Y/ f
the Lanczos algorithm were understood? I believe that& t4 u6 L8 R1 f1 r4 j6 |
the explanation must involve the impediments to
+ ^; a' C* j8 G5 [9 Hcomprehension of the effects of finite-precision  g" z' t6 P. h; b: h4 @
arithmetic.(引自www.siam.org/siamnews/11-03/matrix.pdf)
: |8 h! O, p: {
4 R9 N4 I& [0 u6 g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( j: g8 s+ |7 K( z
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, u6 z) [; @6 y, x4 T
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  d$ G- s3 G% U$ r1 A& u" h
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
1 J& X0 V% \% r1 u% F7 _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。
. X) F5 C1 B0 F7 y( Y/ u1 e/ S0 [( x) `" \: C# i
侯一钊(加州理工)4 c  |3 F; |* B9 s5 Q! O- A5 f
研究方向:计算流体力学、多尺度计算与模拟、多相流
8 _" l. L* G$ K. yhttp://www.acm.caltech.edu/~hou/ - e7 k% P" k7 X2 C) X6 S6 L
$ `; D; {  A) a/ E$ u4 @
鄂维南(Princeton大学)9 [$ i# Z( r  c4 t" ]7 s/ |8 M- e
北京大学长江学者,研究方向:多尺度计算与模拟
2 G( r7 I. G( jhttp://ccse.pku.edu.cn/staff/weinane.htm 2 L) _% T$ O2 B! T
; D( C3 O' e. X+ s. {6 `# h
包刚(Michigan州立大学)1 X' G6 ?7 q# k) B& {
吉林大学长江学者,研究方向:光学与电磁场中的计算等/ C) Z9 V2 t! n- B
http://www.mth.msu.edu/~bao/
4 b6 r& }1 W$ m' B* y8 t
  h" F* J/ B2 u5 `  v" e) k  M金石(Wisconsin大学)
/ Z  M; F  |- y清华大学长江学者,研究方向:双曲守恒律、计算流体力学、
8 E* E: [+ I; B动力学理论等
# ~- p( k  Y, V% t/ c1 {http://www.math.wisc.edu/~jin/
& P3 X1 H, v: V4 ?9 K* ]- o3 v0 O
( F) @  C! \! `5 A3 w+ X汤涛(香港浸会大学)
0 y3 v% \+ y7 g- [中科院,研究方向:移动网格法等% X) e9 w% `' p- m2 |
http://www.math.hkbu.edu.hk/~ttang/
3 r$ C! X7 w' H! O
# v6 r7 l6 \7 r) S舒其望(Brown大学), Y+ f; Q7 z1 X: _8 t
中科大长江学者,研究方向:计算流体力学、谱方法9 {8 Z- {; `8 `4 T
http://www.dam.brown.edu/people/shu/home.html
0 B# t1 x6 _$ E) B6 g! X# t
5 @: r# \5 v& q陈汉夫(香港中文大学)
/ `5 k/ }1 r9 I7 P1 p6 T- R研究方向:数值线性代数) g0 G/ N/ E- N
http://www.math.cuhk.edu.hk/~rchan/
1 f! L% {. |$ _+ `  d8 C3 S+ l; X2 a1 V% t: M* _
许进超(Pennsylvania州立大学)0 K$ A7 t, ?+ _1 c2 x
北京大学长江学者,研究方向:有限元、多重网格法
/ A* E' u. E" Y, shttp://www.math.psu.edu/xu/
; ?6 O" {: N% y6 B# a0 \: V1 N& I% n# h4 k4 D& C0 g" c
袁亚湘" N+ d) \3 \& G* I. I
中科院,研究方向为非线性最优化
5 f2 ]+ q  a0 ?/ n0 e3 hhttp://lsec.cc.ac.cn/~yyx/ 5 ]5 L& s+ f2 x: H9 z

# n( \2 T$ y$ n; I3 s张平文(北京大学)9 _+ O" x* ?" T
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4 W% D+ @6 c4 r& m+ |9 x
模拟、移动网格法等
& i- R2 J! K/ H% p4 G& R7 ahttp://www.math.pku.edu.cn/pzhang/index.html
2 F; r1 p% ~8 `! r5 ^
9 Z; b: I3 N- t  \* t) H/ [6 n) y陈志明(中科院)2 T) A. O/ m; @6 ?' m5 K
研究方向:科学计算与数值分析,主要为有限元法( U- H; f5 F5 f+ j: ~
http://lsec.cc.ac.cn/~zmchen/index-c.html
# {0 ]( c5 g1 t& n* s  r1 b. L2 l- ?) ~  T( I! \
其他还有黄维章、吴宗敏、Xu Kun、程今等人也非常突出
: m; a/ K+ s. g* Y0 i* S6 G
! j, S' w: s1 p& [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, C6 b" |! ]0 U  i) U; A+ v. e
是颇有裨益的。
9 t- o. J& l) F# F. I1 O- t& ~' g理论:
! ~+ x1 q& }2 R9 @4 N/ E! C最好的基本是
$ q" t. p  B0 E1 I1 fMathematics of Computation
% L# z9 I  h9 G. r4 [Numerische Mathematik  J6 w/ f% y+ ^8 ^' Q) J$ w- ~8 t
SIAM Journal on Numerical Analysis) m' N* z: Z5 t, n
SIAM Journal on Matrix Analysis & Applications7 c  n$ q8 o4 k- C( c# g, t
SIAM Journal on Scientific Computing" {5 d% P- f3 D6 N
较好的有:
& z% t+ Q4 v! lBIT
/ g! C) a- O1 u5 X3 RIMA Journal of Numerical Analysis
; f; s! ?- K3 T# BAdvances in Computational Mathematics7 `) U6 N0 q  ^- h# S! n) C  h* b
Inverse Problems8 R) I2 s: h# M/ {1 E

/ v1 Z9 m* D7 F9 i' c$ L, `! O还有应用性质的杂志:+ }/ F7 g; x- W' M9 V6 `1 O- Q
Journal of Computational Physics
- I: h7 C% Y+ K- ?International Journal for Numerical Methods in Engineering; j; ~" ~: V& i
Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering
' v; S4 j  [+ U3 I$ sInternational Journal for Numerical Methods in Fluids
- r4 R  N1 y$ r* O/ T6 ^Computers and Fluids
' E7 E5 T$ B* b/ f8 OComputational Mechanics1 v1 _1 u8 I* p' Z& W& f) W0 E1 |
还有很多带有Computational字眼的其他学科的期刊:Journal of9 r: G! D2 Q1 D
Computational Chemistry,Computational Material Sciences
* w3 ?$ u" A4 k6 u8 u也可以浏览。
' |! [' _) D2 U
$ z" z1 ]! U$ i! 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
% k( P: `$ X8 {; z% G/ z% i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0 \4 |% ^6 W* ?6 K
学出版社出版的Acta Numerica连续出版物。Acta Numerica每年出- Q$ a0 ?. |: k% Z( z2 ?7 ^
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; y" j3 ~0 Y% b
非常热门,05年就有一篇水平集方法创始人之一的Stanley Osher写
  r8 d' M& b0 U# Y4 h2 j的Level Set Method in Image Science。其他论题有:entropy! }# Y$ j& X- l0 x
stability (Tadmor E),radial basis function (Buhmann MD)等
6 b' D; _, j8 q" ]  j; t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
9 W+ s8 V/ u1 L这里大概也有二三十篇,可以提供上载。: N1 A* o9 I( g& N* S9 i. C# d
5 H4 @* Y% }, |2 Q+ o& Q  @
另外一本就是SIAM Review。SIAM Review的每一期里面都有几篇文
% ^- K5 h' s0 s" c! i/ A, U, _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) o9 x, C9 [& g, l6 h
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
8 R5 U0 M* x) v计算的有意思的短文,不妨浏览浏览。
) B  U2 H1 B9 d1 u' ~, n% W. w* a' D0 T; y- Q
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
1 p1 d1 E' V1 m9 G6 }% h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。
; G; @" T$ p6 g
' }9 [# Q0 F- J: \. c# b) i! S8 {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
! @- X1 k# s7 e0 H( v$ n法、有限元法、边界元法和谱方法。
- e5 I6 l( F5 \; S! B6 C6 k
6 s' ?- q6 X" T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4 `; Y. [+ V+ V9 ?1 k" U5 c1 w
数值解》就介绍了最基本的东西:收敛性、相容性和稳定性。
1 r- u2 ]8 k2 U2 d/ \Richtmeyer & Morton的《Difference Methods for Initial-Value
7 Z1 y4 o/ i" `  C1 g+ Y* SProblems》则是差分法方面的经典著作。R. LeVeque最近也有一本
% Z; p) K+ m$ H$ }9 d8 e9 x《Finite Difference Method for Differential Equations》也很. j6 T0 Y; s  j) {4 a, z
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& b& g- v0 }6 ?5 P
主页(http://www.amath.washington.edu/~rjl/)上下载,他的另
2 x5 d3 G  T, ]) v, ~6 _/ U" _3 Q外一本书《Numerical Methods for Conservation Laws》是守恒律
3 M$ E* n) H0 _1 A数值方法方面非常出色的著作。
6 g2 ?* S  P* Z1 O3 N: [% z* I" U3 c% c
有限元法方面自然是推荐使用Ciarlet的《The Finite Element Method
! O3 n2 K5 |1 U( l) y% ffor Elliptic Problems》。这也是系里专业科的教材,另外Brenner
0 {  z- r, z+ w: `7 V: p5 `6 n; b& Scott的《Mathematical Theory of the Finite Element
5 h" J9 _0 M  d; G& V% J$ RMethod》据说也是不错的。
3 b" M6 W  w5 }$ i3 l  x8 a1 a9 c: F, T9 c5 L: T6 U$ M# T8 ^+ z. Z1 L) b
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
" g! }9 W0 y' y0 e/ ^" _" G0 D: L& V" \  R郭本瑜教授在这方面做过很好的工作,他的《Spectral Methods% c, p" p9 u2 w0 x; \
and Their Applications》广受好评。Purdue大学的沈捷教授也有
  Q$ W3 s5 s3 C5 |3 x- c很出色的工作,他的一个讲义可从他的主页(http://www.math.purdue.edu/~shen/2 |, ~2 ]" _! T  n  o

- c0 e* k' K/ R3 }0 @+ r$ M上下载,同时还有相关的Matlab和Fortran程序。谱方法方面最好的6 w3 \4 K& p' }. {
入门书为Trefethen的《Spectral Methods in Matlab》,其他的还
8 v. a# z# ?4 A$ y- b" C* g9 Z8 \有Canuto等人的《Spectral Methods in Fluid Dynamics》,不过
' G2 J0 u5 S) N/ u4 Z/ ~不知道能不能再学校里找到。
! P: X$ o: m% r- j7 O' I4 R9 f' l( |9 M( o* D, A: ?9 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3 k' q6 G/ ^. X4 {
以参考张雄和刘岩的《无网格方法》(清华大学出版社,2003,50¥)。$ d$ z, U( g% [% O5 t, Z3 X
6 l! e1 M6 R. u4 T1 F# }& D
计算数学的主要工具是泛函分析。一般推荐的Yoshida的《Functional, V4 H8 Z9 _  z/ q: h  r
Analysis》(有中译本:吉田耕作,《泛函分析》)或者Rudin的1 A  v0 U- U& w6 r' C% M& B0 c6 p0 ^
《Functional Analysis》。这两本书都是非常难的,但是也是非常
9 B" Z( p+ U1 A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
# s7 \  G; i/ d, U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: f! \- l" o6 f6 u  ?% e) R
西,Sawyer的《数值泛函分析引论》也许是比较合适的入门读物。6 b: d5 W* O% s% e- p1 ~
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# g# E4 w. M" u6 w. `+ k+ ]- h6 Y# A
出,也有泛函分析在计算数学中的应用,比如Kantorovich迭代收敛
2 Z4 B0 [$ q% h7 j' Y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0 Y, }4 `/ F* F3 I. G) P0 t
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。
8 Y' P8 ^3 L- A" J' N
; [. ]8 a6 D, x$ ~# a2 x( {8 [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9 E% \, w( C% s: Q- q) M+ z
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
* C" L2 Q2 S! h3 J7 g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。& p7 v& r! K! m- B9 K+ e: h$ q, J! p
5 [: t- g. C) V4 b
最后补充一句,订阅mailing list也是不错的,可以迅速获得关于* R3 O+ H5 s7 o% L
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- y0 W3 A9 Y* \0 R  `) \1 X
面的网址注册
; c# M8 g* R( G, G" Ohttp://www.math.hkbu.edu.hk/cam-net/indexcn.html . d+ }9 W" X- Y; I
英文的推荐订阅Clever Moler的NA Digest,可在下面的网址注册
$ F- N- k" S2 Shttp://www.netlib.org/na-net % X+ R2 f% r8 ]2 o2 n

; I! D+ f0 ^9 T# y+ I1 T7 C: l8 G7 O3 n; b# @7 h

* z5 d2 t" S) l. T* l# B先订正一个错误:Sawyer的那本书的题目我1 Z: I5 A; e7 S. l3 Z7 ]
记错了,应该叫《数值泛函分析初览》,系资料室和图书馆
1 K& ^7 s8 t9 ^" Y5 L' W都有中译本的。. @, s) z1 c2 h+ T

: W4 B- d. }, 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
7 ?* \4 ^3 j4 a在这方面有很出色的工作,中科院的白中治,北京大学的徐
! u8 a) t% }4 G& I( e2 v( V树方,复旦的魏益民和曹志浩,澳门大学的金小庆都是这方0 a- }8 W4 [. f7 H: G4 V2 j
向的,还有复旦出去的柏兆俊。肯定还有许多学者在这方面
9 g( z% d8 Q" @" S: Y有很突出的工作,可惜我基本上没什么涉略,这里也不能列
0 A- s% U% I/ z出来。
  ^2 J# o1 E% ^; B' e7 ]! I) M
# Q2 |0 V( R) U) Q) V$ h国外的大牛有Golub,很多这个方向的大家都是他的学生。  c  I% H# C1 }( ^
Kahan, James Demmel, Peter Stewart, L N Trefethen,2 i# q/ X6 ~( Q( Z& Z9 J4 W
Higham,这个名单可以列的很长,这些人是矩阵计算方面, ~( J7 V. x( o' c; B6 v
的大家。
* J" H- j2 n# d1 Y9 ^, |
6 T$ x$ M" ?3 `+ f% Y矩阵计算方面最经典的书应该是J H Wilkinson的《The- y& p3 J+ y5 w' m2 k
Algebraic Eigenvalue Problem》(有中译本,石钟慈等% i5 \  t! Q9 b
人译,《代数特征值问题》,科学出版社,学校图书馆有,
( A4 g6 |: c+ ?系里有英文版的)。这本书虽然老,但是据说读一下还是
% U9 g/ s$ b, o- x& H很有启发的。现在的经典是Golub和0 M/ a# H. ~6 i  D1 M# V- M  S
van Loan的《Matrix Computation》(有中译本,袁亚湘译,: j& x2 H  G. B  T1 R) ]. i# K
《矩阵计算》,科学出版社),英文版的电子版可以在网上
8 P' Q1 Q& Z, ^1 k1 \" e/ G! h4 G. ]: N找到的。其他的书有Demmel的《Applied Numerical Linear! _" p+ G- k- v
Algebra》,Trefethen & Bau 的
7 h3 e, R4 }6 W0 W  c: [; ~《Numerical Linear Algebra》据说也是很好的。Yousef" F$ f  e( x( L$ [+ w* W, m
Saad有两本书《Iterative methods for sparse systems》& |7 e4 ]4 H  ?
和《Numerical methods for large eigenvalue problems》,9 k3 G% y/ F2 m: G$ I
写的挺有意思的,在他的主页
1 @+ J+ K3 s+ T2 O* _/ O9 w  Ghttp://www-users.cs.umn.edu/~saad/
: _6 K5 T& i; Q8 U上可以down。说到矩阵计算,还得提到Householder的一本老
8 [( n0 `2 v( h& ]4 ~书,《The theory of matrices in numerical analysis》0 t! h9 I# K% W' X; K0 b' g
(有中译本,系里中英文版的都有)。
2 @; n: @% K' l5 y. T0 ~) P; `8 S7 D  ]% u: d
LN Trefethen现在是剑桥大学的教授,他写的每一本书都很经典,2 _; w3 X2 O1 n! i8 F; ?9 n
前面已经到过他的几本书了,《Spectral Method in Matlab》,# j+ K  i9 E" x9 E( r8 e
《Numerical Linear Algebra》,还有《Finite Difference
5 ?, j# v/ ^( L' kand Spectral methods》(在他的主页上可以0 W" D1 s# Y' Q- }
down,http://web.comlab.ox.ac.uk/oucl/work/nick.trefethen/$ S0 n( z0 D0 V4 W4 a
。读他的书和文章感觉也是人生的一大享受。
3 L% A: y- N7 d2 M" `& p2 _. Z% I0 [2 K: \
他在Cornell大学任教时,曾上过一门课,就是阅读数值计算的经
5 n4 i! \" q* k: U+ z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) C4 X! F) L& t' ^1 ~& S2 R
献,也许对大家有点启发。
' V" w( P. b) _: z
( L! @  K5 w1 m4 m+ i( a8 h+ r1. Cooley & Tukey (1965) the Fast Fourier Transform
3 k7 ?5 ]& K5 a5 X4 S0 L' g2. Courant, Friedrichs & Lewy (1928) finite difference methods for PDE, q( b+ ~4 W- @2 N* a1 W( c" T( j
3. Householder (1958) QR factorization of matrices2 K" p8 m  q, o3 ]8 q
4. Curtiss & Hirschfelder (1952) stiffness of ODEs; BD formulas
# p1 `) j9 b* O) N, w5. de Boor (1972) calculations with B-splines5 ?9 n! P, g; D! J8 u* q6 k
6. Courant (1943) finite element methods for PDE7 u5 j; I  I/ D/ }+ u- n
7. Golub & Kahan (1965) the singular value decomposition
6 D2 ^2 M3 @9 B. u3 D, z8. Brandt (1977) multigrid algorithms
" c* h, l# Q  z' s- {2 Q  |$ F8 y9. Hestenes & Stiefel (1952) the conjugate gradient iteration
" A; `& s8 R! e9 T) J7 n; j* s/ L. {4 d10. Fletcher & Powell (1963)optimization via quasi-Newton updates
' j. @2 A1 N* [  V/ u11. Wanner, Hairer & Norsett (1978) order stars and applications to ODE- ~( U+ W% k: M4 G
12. Karmarkar (1984)interior pt. methods for linear prog.
0 N* S4 i! l  L13. Greengard & Rokhlin (1987) multipole methods for particles# W* M1 ^; N2 F

/ x$ x1 e" \7 G他的remark也很有意思,We were struck by how young many' {7 q) N1 |7 `  F, c. r
of the authors were when they wrote these **s (average. x& J8 [" s) m1 T
age: 34), and by how short an influential ** can be) W; |4 x9 G9 N. e8 ~
(Householder: 3.3 pages, Cooley & Tukey: 4.4).这说明大家
/ E6 n3 J" W4 }- Z都还是很有希望的,呵呵。
& s# E, A: |1 f9 P/ |) }) s  L9 a2 M' t9 R8 E7 E& z- V9 q
% ]* g+ v7 i" i+ I8 s$ l, h
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( w) n/ E9 K6 ^* N$ L

/ M8 w; v9 x# H8 e: q* F几本杂志:Inverse Problems,Journal of Inverse and Ill-posed
! ^& g2 _: t2 j( k( D7 e# E& O, Z8 b: R
Problems, Inverse Problems in Sciences and Engineering(以前
  E) ^7 F% U: I6 C) F2 b
- r+ b" _% h( X( P* A2 q叫Inverse Problems in Engineering).第一本杂志最好,第二本杂# V4 ?. ~% Y+ E5 C/ A3 q8 m$ {
. E+ p$ i7 `, [) n# I5 x0 d
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
; @$ ~  [- T# q9 y' Q( H3 K  q! ?  X6 B) o' c2 e
杂志中都有反问题方面的文章,比如SIAM Journal on Numerical
6 x) _3 t9 O8 o: c4 e; e1 p" j
) p# _; O4 r( O+ L" oAnalysis,SIAM Journal on Mathematical Analysis, SIAM
6 K+ R4 {+ ~( R- j$ {0 D
  A4 j5 f) N9 R: j( k$ m  hJournal on Matrix Analysis and Applications,SIAM Journal on
& t$ s9 p5 W" j5 W8 h, W
: q" U+ S+ V: U: [8 JScientific Computing上也有不少反问题方面的文章。9 v6 I( C2 X1 _* T2 G

9 `! V/ m0 Q6 b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
( Z5 O, |1 y" N- O0 X
" f/ C* D9 r/ _' V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6 p1 h9 D; @/ k& }: Z

" B; L. G- M* [  n+ _4 y( t" R的结果(很年轻!),哈工大有几个人是做应用方面的工作的(他
: T0 H9 w" ^7 R4 R
! v. D2 w' F9 [3 i; O; D, E" C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; B8 V. Q( K/ H9 c, @/ U: Z
6 i' _# ]8 z% O8 N
Engl(澳大利亚),Yamamoto(日本), Kress(德国), Martin
& G/ Y- D+ L  ?5 M$ }4 A9 N( d6 Z( T6 }
Hanke(德国), Isakov(美国)等。
5 d4 B  F; B! _# S% u7 X8 ^! @) |+ p6 I1 C% \& B2 ~  d
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
( Y  n: b# J7 b8 h! M9 t7 d+ p6 l, }' k$ I. {1 H' j7 i, W
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
* Z4 y8 C( H( I5 V4 Z' S) O
4 Q/ \4 H4 G7 J! S0 P用领域与反问题结合之后成为一个单独的研究领域,如EIT。
& B  E0 T1 e& N" f8 s
: n7 f! I1 H! H4 x  N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7 v4 M2 Z! G3 D* s3 G
的Fadil Santosa最早将水平集方法应用于求解反问
1 ?  _( a1 o& F4 O9 n6 a" H! d; t$ Z
题,但是没有很大的反响。Engl的学生Martin Burger在2000年将水4 _3 G. q( U( k3 D/ I

: L. s+ F2 o4 w: N% T+ z: v$ r8 N平集方法应用于反问题(发表在Inverse Problems上),在国际上
+ Q- x' d) N7 W3 K
  C: H. [* r1 I/ z有很大的反响。Martin Burger在博士毕业后就被邀请到UCLA的Osher$ B$ R$ r! N; {  S9 J
& D2 I0 R4 g; h- B
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) r$ J- ^- d7 h7 `7 H7 f* W

6 _- t  E+ X/ G9 X0 y" ^个综述和展望,值得参考。8 t+ t* ^% n; E" f: t) c

; @* G0 o, Y( B  i& N反问题反面最为经典的当属Tikhonov和Arsenin的《Solutions of- Y9 K" @5 j' G& \& @
Ill-posed Problems》(有中译本,《不适定问题的解法》,学' m1 E9 J9 D8 F! f* A
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- Q. i" c4 v! {# Z, p) J
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+ X( p* B& ]+ K# y  N
是不多。后来Tikhonov和Yogola等人一起写过非线性反问题反问1 T7 n! u: {3 d/ U5 ]; n* G$ D
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/ [( P  h% M' U/ G记的。个人感觉Groetsch的《The theory of Tikhonov
' N6 L! U0 K' fregularization for Fredholm equation of the first kind》
# w) K- u) W1 i8 U" i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7 C9 |: H# |, D
书之后,阅读反问题理论方面应该不会有很大问题。Kress的
, O$ }, D7 i" [+ x4 V  a《Linear Integral Equations》和Kirsch的《An Introduction
  k% {  E) ^  j: `6 j+ Gto the Mathematical Theory of Inverse Problems》也是不错( }5 s% P: W3 C2 s# r' Y
的入门书。这些书在系资料室里都能找到。Engl等人的
! @! Y. c% L( P: p6 W* _1 u《Regularization of Inverse Problems》广受好评,应该可以
1 \. Z5 N/ E( _+ {8 Z# i作为进一步阅读的材料。专门的著作有很多,如Isakov的
; q( U! K5 P* Z7 c8 t6 |0 X7 E《Inverse problems for partial differential equations》,3 U0 Q4 p6 t# [0 l  h4 E* ^6 l
Martin Hanke的《Conjugate Gradient Type Methods for
0 `' i+ E( @6 X9 }+ H( @6 |Ill-posed Problems》应该也是不错的。
2 L+ g- U1 O  h7 M+ S- c+ o+ j6 g5 s+ q/ c
在反问题的数值算法方面的书籍不多,只有Hansen的《Rank-: f9 Y( T$ }( ~8 w
deficient and discrete ill-posed problems》和 Vogel的
# P8 d" j" d/ i- f5 @- r, e& a% ]《Computational Methods for Inverse Problems》。两本
: @& A" n, @2 v! u3 T书都是非常棒的,要求的基础基本上类似,对矩阵计算的基, H, s) K# v2 O$ U4 X, k, N- _
本概念非常熟悉。但是侧重点有所不同,Hansen的书容易阅
. h% T: l8 q! @6 W3 @4 n8 g读,所以在工程师里面也是很popular。Vogel的书稍微数学0 |- {# y6 f( A% q$ N0 W2 G
化,涉及的范围也稍微广一点,比如说很重要的Total) E% o+ v. H( f' s2 G& o/ h
Variation regularization在Hansen的书里就不讨论,但是1 b5 `" [9 o2 l7 `; {/ V
Vogel的书里做了非常详细的讨论。Tikhonov的算法书应该
- y7 x- I& F% G, V* f8 z( m, Q5 T也有很大的参考价值,可惜我没办法搞到,所以也没法评论
& M' V0 g2 L7 y. b3 O了。( |5 s' F+ h# e& x5 ^- n& q

9 H+ a" t# `, X' ~+ E+ T* B反问题的reading list 可以在下面的链接中找到:
3 g& @  ^; k, f" X  u! lhttp://infohost.nmt.edu/~borchers/geop5 ... dings.html 1 s9 D. v! e) d( c  a+ A+ t: j
* `" y& |! V. ^( }: r: d0 @/ U
计算的热点似乎有两个特点:' z1 M7 C& b( ?! \
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、
1 i: ^  P, V4 s! J/ W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
( C3 F& L6 h9 I6 O/ [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 @5 u8 d4 D( l' P2 Z+ a$ \3 _( g
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! t& o3 o" j: u- G9 s
中的一个热点,可以参考鄂维南老师的评论文章。
3 Z& ]9 Q- e/ g! v: ^; ]4 n
5 j- A0 C5 V; O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
; O5 [& i' Q1 k分方程数值解法,拓扑引出的continuation method。其缘由可能5 l/ I, B" I3 y* O! ^' o; w
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。# l/ _, v+ e4 M" F+ `
这也应该是一个值得注意的地方。
zan
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