日常事物的计算机模拟与应用:入门指南

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《日常事物的建模与仿真》是一本实用指南,由迈克尔·W·罗思博士撰写,他担任爱荷华州沃特卢伊特霍基社区学院STEM与商学院院长。本书旨在介绍如何运用计算机建模和仿真工具来理解和分析日常生活中的常见情境和问题,适合不同层次的学生以及希望在解决基础到高级问题时使用这些技术的专业人士。 第一章探讨了计算机模拟的基本概念,包括何时使用模拟、模拟的可信度、早期模拟应用的起源与发展、现代技术的前沿进展以及模拟技术的不断演进。书中强调了建模作为跨学科领域的特性,并区分了不同类型模型在日常生活中的重要性,以及何时选择自建工具与利用现成软件包的关系。 第二章和第三章着重于技术基础,涵盖了操作系统(如UNIX)、Vi编辑器、C++编程入门、算法选择、程序编译与执行、错误识别,以及在个人计算机上进行计算的方法。章节还介绍了如何将C++与其他编程语言关联起来,以及如何批判性思考自己的工作及其在科学和技术社区中的位置。 第四部分深入探讨了日常生活中的实例,如体育、安全、疾病等领域的模型,例如模拟飞行物体在流体中的运动、改进足球拦截技巧、理解危险情况和疾病的模型。第五章涉及音乐,通过模拟吉他弦振动和声波传播,展示了音乐的数学原理和不同的表现形式。 第六章讨论了流体动力学的应用,包括边界条件下的流体运动、风速计算、雪崩模拟和流经多孔介质的流动。第七章和第八章则转向更高级的主题,如材料点方法(用于复杂结构的模拟)和分子动力学(模拟原子和行星系统),以及选择合适模拟方法的决策。 第九章介绍了并行计算、脚本编写和图形处理器(GPU)的应用,这些都是处理复杂问题的现代技术手段。附录A提供了一个集成C++和Python的吉他声音模拟示例,展示了跨语言编程的实用性。 整本书内容丰富,不仅理论结合实践,而且案例生动,旨在帮助读者建立起处理日常问题所需的核心技能,并鼓励他们运用所学进行创新思考和实际操作。无论你是初学者还是专业人士,都能在这本书中找到有用的工具和见解,以提升在建模与仿真方面的应用能力。