Python建模與仿真

Python建模與仿真

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商品描述

本書以Python為工具，系統介紹了建模與仿真的核心方法論及跨學科應用，旨在為讀者構建從理論基礎到實踐操作的完整知識體系。作者通過循序漸進的章節設計，結合真實案例與代碼實現，揭示了建模在科學工程領域的廣泛應用潛力，同時強調對模型本質的理解與批判性思考。本書從隨機數生成、蒙特卡羅方法等基礎工具切入，逐步延伸至隱馬爾可夫模型（HMM）、耦合微分方程、ABM模型等覆雜方法。每章以“理論-代碼-應用”的結構展開介紹。它強調使用不同計算環境的算法思維能力，並提供了一些有趣的示例，包括莎士比亞文本生成HMM、電影數據庫、病毒傳播和 象棋等。本書適合具備基礎Python能力的讀者閱讀。

作者簡介

傑森·M. 金瑟（Jason M. Kinser）喬治梅森大學計算與數據科學系系主任。他在喬治梅森大學的多個院系教授過30多門不同的課程，包括計算與數據科學、物理學、生物信息學、法醫學，甚至生物學。他的研究興趣包括圖像分析、圖像內容與非圖像數據的融合以及教育等。

目錄大綱

譯者序
前言
第1章 概述
第2章 隨機數
2.1 隨機的定義
2.2 覆制隨機序列
2.3 縮放與偏移
2.4 其他類型的隨機數
2.5 高斯分布
2.6 確認隨機性
2.7 本章小結
練習題
第3章 隨機數的應用
3.1 紙牌遊戲：戰爭
3.2 Python實現
3.3 改變遊戲
3.3.1 一張A
3.3.2 四張A
3.4 本章小結
練習題
第4章 蒙特卡羅方法
4.1 隨機向量
4.2 擲骰子
4.3 蒙特卡羅方法應用示例
4.3.1 水平線分隔
4.3.2 斜線分隔
4.3.3 積分
4.3.4 正方形
4.3.5 π值預估
4.4 超球體
4.5 合理抽樣
4.6 估算星形面積
4.6.1 幾何性質
4.6.2 理論比
4.6.3 使用蒙特卡羅方法估計星形面積占比
4.7 非平均分布
4.8 本章小結
練習題
第5章 自組織建模
5.1 謝林模型
5.2 用Python建模
5.3 試驗
5.4 修改算法
5.5 本章小結
練習題
第6章 隱馬爾可夫模型
6.1 輸出HMM
6.2 轉換HMM
6.2.1 轉換HMM的數據結構
6.2.2 構建轉換HMM
6.3 循環HMM
6.4 註意事項
6.4.1 假設的數據
6.4.2 虛假字符串
6.4.3 遞歸概率
6.5 本章小結
練習題
第7章 起始密碼子的識別
7.1 簡要生物學背景
7.2 Python實現
7.2.1 數據
7.2.2 概率和對數幾率
7.2.3 構建矩陣
7.2.4 一個查詢
7.2.5 測試工作
7.3 本章小結
練習題
第8章 HMM在棒球中的應用
8.1 棒球就夠了
8.2 棒球HMM
8.3 數據采集
8.4 統計事件
8.5 創建轉換HMM
8.6 分析
8.6.1 用戶選擇的局
8.6.2 罕見的轉換
8.6.3 不尋常的局
8.7 本章小結
練習題
第9章 隱莎士比亞模型
9.1 構建HMM
9.2 創造新的字符串
9.3 發現新莎士比亞
9.4 結構
9.5 Midsummer Madness
9.6 本章小結
練習題
第10章 關聯的數據
10.1 電影數據庫
10.2 Python查詢
10.3 關聯
10.4 Floyd-Warshall算法
10.4.1 B矩陣和P矩陣
10.4.2 創建G矩陣和P矩陣
10.4.3 用Python創建矩陣
10.4.4 查找最短路徑
10.5 Floyd-Warshall在演員中的應用
10.6 無法連接
10.7 本章小結
練習題
第11章 基因表達陣列
11.1 數據
11.2 閱讀電子表格
11.3 協議
11.3.1 減去背景
11.3.2 比值和強度
11.3.3 M和A
11.3.4 LOWESS
11.4 多個文件
11.5 簡單分析
11.6 本章小結
練習題
第12章 聯立方程
12.1 線性代數方法
12.2 Python實現
12.3 計算的限制
12.3.1 矩陣求逆的精度
12.3.2 奇點
12.4 應用題
12.4.1 遊樂場收費
12.4.2 交通流量
12.5 基爾霍夫定律的應用
12.5.1 基爾霍夫電流定律
12.5.2 基爾霍夫電壓定律
12.5.3 創建方程
12.5.4 計算電流
12.6 本章小結
練習題
第13章 運動仿真
13.1 直線運動
13.2 汽車碰撞
13.3 加速運動
13.4 垂直方向的運動
13.4.1 向上運動
13.4.2 向下運動
13.4.3 向上和向下運動
13.5 拋體運動
13.6 能量
13.6.1 示例1
13.6.2 示例2
13.7 下落物體的瞄準點
13.7.1 定義變量
13.7.2 瞄準
13.7.3 彩彈射擊速度
13.7.4 飛行時間
13.7.5 物體高度
13.8 火箭測試
13.8.1 構建仿真
13.8.2 尋找正確參數
13.9 本章小結
練習題
第14章 振蕩
14.1 彈簧理論
14.2 彈簧運動的仿真
14.3 修正後的仿真
14.3.1 平均加速度
14.3.2 蛙跳法
14.4 單擺
14.5 本章小結
練習題
第15章 耦合微分方程
15.1 簡單的示例
15.2 兩個依賴於時間的變量
15.3 相關方程
15.4 耦合方程
15.5 HIV仿真
15.6 彈簧模型
15.6.1 無摩擦力的彈簧模型
15.6.2 帶摩擦力的彈簧模型
15.6.3 強制系統
15.7 耦合彈簧
15.8 本章小結
練習題
第16章 數量驚人的解決方案
16.1 遊戲
16.2 構建解決方案
16.2.1 單元格標識
16.2.2 單元格表示
16.2.3 謎題架構
16.2.4 創建謎題
16.2.5 呈現謎題
16.2.6 規則1
16.2.7 規則2
16.3 其他謎題架構
16.3.1 更大的謎題
16.3.2 拼圖數獨謎題
16.3.3 規則3
16.4 開發遊戲
16.4.1 創建一個已解決的謎題
16.4.2 簡單的解決方案
16.4.3 對簡單解決方案的修改
16.4.4 解開謎題
16.5 本章小結
練習題
第17章 ABM模型——病毒傳播
17.1 ABM模型
17.1.1 移動
17.1.2 碰撞
17.1.3 示例
17.1.4 另一種計算方法
17.2 Python實現
17.2.1 將agent定義為對象
17.2.2 疊代
17.2.3 修改仿真程序
17.3 計算速度
17.4 本章小結
練習題
第18章 國際象棋
18.1 理論
18.2 實施

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