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入门级高性能科学计算导论

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简介：
《入门级高性能科学计算导论》旨在为初学者提供高性能科学计算的基础知识和实用技能，涵盖算法设计、并行计算及应用实践等内容。适合科研人员与学生阅读参考。 Introduction to High Performance Scientific Computing with Python This introduction covers the basics of using Python for high performance scientific computing. It includes an overview of key libraries and tools that enhance computational efficiency, such as NumPy, SciPy, and others designed specifically for handling large datasets and complex mathematical operations. The text aims to provide a solid foundation for scientists, engineers, and researchers looking to leverage Pythons capabilities in their work.

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  • 入门级高性能科学计算导论
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    《入门级高性能科学计算导论》旨在为初学者提供高性能科学计算的基础知识和实用技能，涵盖算法设计、并行计算及应用实践等内容。适合科研人员与学生阅读参考。 Introduction to High Performance Scientific Computing with Python This introduction covers the basics of using Python for high performance scientific computing. It includes an overview of key libraries and tools that enhance computational efficiency, such as NumPy, SciPy, and others designed specifically for handling large datasets and complex mathematical operations. The text aims to provide a solid foundation for scientists, engineers, and researchers looking to leverage Pythons capabilities in their work.
     
  • 高性能计算入门指南
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    《高性能计算入门指南》是一本全面介绍高性能计算基础概念、技术架构及应用实践的书籍，适合初学者快速掌握相关知识。 ### 高性能计算导论 #### 一、什么是高性能计算？ 高性能计算（High-Performance Computing，简称HPC）是指利用超级计算机或计算机集群来解决复杂的计算问题。在当今的技术环境中，那些接近或达到万亿次浮点运算级别的计算机系统被认为是高性能计算系统。高性能计算的核心在于其并行计算能力，它能够通过多台计算机或多处理器协同工作以处理大规模的计算任务。 - **并行计算机**：由一组可以协同工作的多个处理器组成。 - 这包括拥有数百或数千个处理器的超级计算机、工作站网络、多核处理器以及嵌入式系统等。 - 并行计算机能够集中大量的计算资源，用于解决关键性的计算问题。 - **网格计算**：利用分布在不同地理位置的多个计算机进行协作的一种分布式计算形式。 - **云计算**：提供按需分配和使用计算资源的服务模式，支持高性能计算任务。 #### 二、为什么要做高性能计算？ 随着人类对性能需求的增长，高性能计算成为一个不可或缺的技术领域： - **系统层面**：通过集成系统资源来满足日益增长的性能和功能要求。 - **应用层面**：将复杂的应用程序分解成较小的任务以实现更大规模或更细致的计算。 - **性能需求**：能够显著减少执行时间并提高效率。 #### 三、高性能计算在不同领域的应用 高性能计算广泛应用于各个领域，包括但不限于： - **气象和环境学**：如天气预报与气候变化模拟等。 - **高能物理学**：粒子碰撞实验的仿真研究等。 - **生命科学**：基因序列搜索及比对、药物研发等。 - **计算机辅助工程**：在工业设计和制造中的应用。 - **石油勘探**：地震数据处理解释等。 - **图像渲染**：电影特效制作等领域。 #### 四、硬件支持 为了有效执行高性能计算任务，需要采用不同的并行计算机模型和技术来优化硬件性能： - **并行计算机模型** - **物理机器模型**：主要包括SIMD（单指令流多数据流）和MIMD（多指令流多数据流）两种主要类型。 - SIMD计算机示例包括CPU+GPU架构。 - MIMD计算机涵盖SMP（对称多处理器）、MPP（大规模并行处理）、Cluster（集群）、Blade Server（刀片服务器）等技术。 - **抽象机器模型**：用于设计和分析算法，如PRAM（并行随机存取机）模型及BSP（块同步并行）模型。 - **通信与计算延迟** - PRAM假设处理器间通过共享内存进行通讯，并忽略实际的通信开销。 - BSP考虑了不同处理单元之间的通信延迟和数据交换时间，更加贴近现实情况。 #### 五、软件支持 为了充分发挥硬件性能，需要有效的软件工具来配合。这包括并行编程模型的选择和支持这些模型的开发环境： - **并行编程模式**：例如MPI（消息传递接口）、OpenMP（开放式多线程）、CUDA（计算统一设备架构）和OpenCL等。 - MPI是一种标准库用于编写分布式应用程序，实现跨节点通信。 - OpenMP提供了一种简化共享内存系统中并发程序设计的方法。 - CUDA是NVIDIA开发的平台及API模型，专为GPU编程而优化。 - OpenCL是一个开放源代码规范和语言，支持多种类型的处理器并行计算。 通过以上介绍可以看出，在高性能计算领域不仅需要强大的硬件作为基础支撑，还需要高效的软件工具与编程框架来实现。这种技术在科学研究、工程技术以及商业决策等多个方面都具有广泛的应用前景，并对推动科技进步和社会发展有着重要意义。
     
  • 入门级 stochastic programming 导论
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    本书为初学者提供了一条通往随机编程世界的路径，涵盖了该领域的基础概念、算法和应用实例，帮助读者掌握解决不确定环境下的优化问题的基本技巧。 《随机规划》的作者是Francois Louveaux 和 John R. Birge，由Springer出版社于2000年出版，共有448页。这本书的目标在于解决涉及不确定数据的问题中的最优决策问题。目前该领域正在快速发展，并且吸引了来自运筹学、数学和概率论等众多学科的贡献者。与此同时，它也被广泛应用于农业规划到金融规划以及工业工程至计算机网络等领域。 本书旨在为具有线性编程基础知识、基本分析能力和一定概率理论背景的学生提供随机规划入门课程。作者的目标是向学生介绍该领域的主题与方法，并帮助他们理解如何将不确定性融入数学问题模型中，不确定性的变化对决策过程有何影响，以及有哪些技术可以帮助解决此类问题。 书中前几章通过一些实际工作示例介绍了随机编程的概念，并展示了如何构建正式的随机模型。后续章节则详细探讨了随机规划的特点及其基本解决方案方法。此外，三章内容涵盖了近似和采样技术，最后一章深入研究了一个案例分析。来自运筹学、工业工程及相关领域的学生将发现这是一本节奏适中且覆盖广泛的入门教材。
     
  • 入门级超导性介绍
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    简介：本教程为初学者提供超导性的基础知识，包括定义、特性及应用领域，帮助读者理解超导现象及其科学价值。 超导现象是凝聚态物理学中的一个重要领域，自1911年海克·卡末林·昂内斯首次发现以来，持续吸引着物理学家的关注。当温度低于某一临界值时，材料的电阻会突然降至零，并且能够完全排斥外部磁场，这一特性被称为迈斯纳效应；该现象由沃尔特·迈斯纳和罗伯特·奥克森菲尔德于1933年发现。 《超导体导论》是著名物理学家迈克尔·廷卡姆撰写的经典入门教材。本书深入浅出地介绍了超导理论，并为读者学习量子力学基础提供了良好的起点，因此非常适合希望全面了解超导现象的初学者和研究者参考阅读。 除了迈克尔·廷卡姆的作品外，物理学领域还存在许多其他权威书籍供人们进一步探索相关知识体系。例如Barger与Olsson合著的经典力学著作，《相对论性量子力学》及《相对论性场论》，以及Fetter和Walecka关于量子理论和粒子系统的研究成果等。 超导技术不仅在学术界备受重视，在工业应用中也发挥着重要作用，主要用于制造MRI设备、粒子加速器中的强磁体及其他高科技产品。此外，随着新型高温超导材料的不断涌现，其潜在的应用领域正在进一步扩大至能源传输与储存以及量子计算等领域。 库珀对理论是解释超导现象的关键概念之一：当电子通过晶格声子相互吸引时形成配对状态，在这种状态下它们可以无阻碍地流动从而导致零电阻。同时，迈斯纳效应的产生也是基于此原理，表明在超导材料内部形成的库珀对能够排斥外部磁场。 BCS理论（巴丁-库珀-施里弗理论）为理解这些现象提供了微观解释框架，揭示了电子配对和量子力学宏观相干性之间的关系。这项成就对于推进凝聚态物理学的发展具有重要意义。 迈克尔·廷卡姆的《超导体导论》详细探讨了从微观到宏观层面的各种物理特性，并且涵盖了传统低温超导材料及近年来发现的新一代高温超导材料的特点，后者能够在相对较高的温度下表现出超导性，对推动该技术的实际应用和商业化具有重要意义。 量子力学作为研究粒子行为的基础理论，在解释电子在固体中的活动以及库珀对形成机制等方面发挥着关键作用。掌握这些概念对于深入理解超导物理至关重要。 综上所述，《Introduction to superconductivity》一书不仅能够帮助读者深入了解超导现象的物理学原理，还提供了有关量子力学和凝聚态物理应用的重要信息。因此，它成为那些希望在这一领域进行更深层次研究学者们的必备参考材料之一。
     
  • 计算机安全入门导论
    优质
    《计算机安全入门导论》是一本全面介绍计算机安全基础知识的书籍，适合初学者阅读。它涵盖了密码学、防火墙和网络攻击等主题，帮助读者理解并保护数字资产免受威胁。 《计算机安全导论》是由国外专家撰写并由我国专家编译的一本非常全面的资源。
     
  • 网络科学入门引导
    优质
    《网络科学入门引导》是一本为初学者设计的指南，介绍了网络科学的基本概念、理论和应用。读者可以了解到复杂网络分析的方法和技术，并探索其在社会学、生物学及计算机科学等领域的广泛应用。 汪小帆的《网络科学导论》课件涵盖了复杂网络的相关内容，并提供了丰富的课程资源。
     
  • 高性能超导磁体的科学研究
    优质
    本研究聚焦于高性能超导磁体的设计、制造及应用探索，致力于推动医疗成像、能源科学等领域技术革新与突破。 超导材料的入门与参考书适合初学者及设计人员使用。书中详细讲解了基本原理。