Python物理建模初學者指南 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] Jesse，M.Kinder，Philip，Nelson 著，蓋磊 譯

圖書標籤:

• Python
• 物理建模
• 初學者
• 科學計算
• 仿真
• 建模
• 物理
• 編程
• 教育
• 入門

齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115465412

版次：1

商品編碼：12237693

包裝：平裝

開本：小16開

齣版時間：2017-11-01

用紙：膠版紙

頁數：192

正文語種：中文

産品特色

編輯推薦

Python是一種迅速得到科學界廣泛認可的計算機編程語言。本書的目的在於為Python學習者提供幫助，使他們可以通過自學掌握足以開展物理建模工作的編程技能，包括設置開源Python的編程環境，以及使用Python完成一些常見的科學運算任務，例如數據的導入和導齣、數據的可視化、數值分析和模擬等。本書無需讀者具備任何的編程經驗。
本書側重於基礎性內容，並介紹瞭一些廣泛適用的技術，包括：
● Python編程基礎與腳本；
● 數值數組；
● 二維和三維繪圖；
● 濛特卡洛模擬；
● 數值方法，包括常微分方程求解；
● 圖像處理；
● 動畫。
為瞭清晰地闡述新的知識點，本書提供瞭豐富的代碼例子和練習，並給齣瞭相應的解答。本書的示例代碼和數據集，可以從www.epubit.com.cn下載。

內容簡介

Python 是一種得到廣泛應用的編程語言。《Python物理建模初學者指南》旨在幫助Python 學習者掌握足夠的Python編程技能以進行物理建模。
《Python物理建模初學者指南》全書分為8 章和5 個附錄，包括Python 基礎知識、數據結構與程序控製、數據輸入和輸齣、Python 高級知識和高級技術等，其中貫穿瞭三次不同方嚮和難度的物理建模上機實驗。附錄部分介紹瞭Python 的安裝、錯誤消息、版本差異以及可供深入學習的話題。
《Python物理建模初學者指南》本書適閤Python 初學者閱讀，尤其適閤想要用Python 進行科學計算和物理建模的讀者學習參考。

作者簡介

作者簡介
Jesse M.Kinder擁有賓州大學的物理學和天文學博士學位，並在康奈爾大學完成瞭量子化學方嚮上的博士後工作，曾在凱斯西儲大學教授物理課程，目前在新墨西哥州的裏約蘭町擔任顧問。
Philip Nelson是賓州大學的物理學教授。他也是Biological Physics和Physical Models of Living Systems兩本書的作者。
譯者簡介
蓋磊，物理學碩士，計算機博士。當前是一名科研人員，具有豐富的Python科學建模實踐經驗，也是一位科技圖書譯者。

目錄

第1 章 Python入門 1
1．1　算法與算法思想 1
1．1．1　算法思想 2
1．1．2　狀態 3
1．1．3　“a=a+1”是什麼意思 4
1．1．4　符號和數字的對比 5
1．2　啓動Python 6
1．2．1　IPython 控製颱 7
1．2．2　錯誤信息 13
1．2．3　如何獲取幫助 13
1．2．4　好的做法：記錄日誌 15
1．3　Python 模塊 15
1．3．1　import 15
1．3．2　from．．．import 16
1．3．3　NumPy和PyPlot模塊 17
1．4　Python 錶達式 18
1．4．1　數字 18
1．4．2　算術操作和預定義函數 19
1．4．3　好的做法：變量命名 21
1．4．4　更多的函數相關信息 22
第2 章 數據結構與程序控製 24
2．1　對象和方法 24
2．2　列錶、元組和數組 27
2．2．1　創建列錶和元組 28
2．2．2　NumPy數組 28
2．2．3　為數組填充值 30
2．2．4 數組的連接 32
2．2．5　訪問數組元素 33
2．2．6　數組和賦值 34
2．2．7　數組切片 35
2．2．8　數組展平 37
2．2．9　更改數組形狀 38
2．2．10　以列錶和數組為索引 38
2．3　字符串 39
2．3．1　使用format 方法格式化字符串 41
2．3．2　使用“%”格式化字符串 43
2．4　循環 43
2．4．1　for 循環 44
2．4．2　while 循環 46
2．4．3　循環長時間運行 46
2．4．4　死循環 47
2．5 數組操作 47
2．5．1　矢量化數學 48
2．5．2 數組化簡 50
2．6　腳本 51
2．6．1　Editor 窗格 52
2．6．2　其他編輯器 53
2．6．3　調試的第一步 54
2．6．4　好的做法：做注釋 57
2．6．5　好的做法：使用命名參數 61
2．6．6　好的做法：注意單位問題 62
2．7　或有行為：分支 63
2．7．1　if 語句 64
2．7．2　真值的處理 65
2．8　嵌套 65
第3 章 數據輸入、結果輸齣 67
3．1　導入數據 68
3．1．1　獲取數據 68
3．1．2　將數據導入Python 70
3．2　導齣數據 73
3．2．1　腳本 73
3．2．2　數據文件 74
3．3　數據可視化 77
3．3．1　plot 及相關命令 77
3．3．2　繪圖的調整與裝飾 81
3．3．3 誤差條 83
3．3．4　3D圖形 84
3．3．5　多重繪圖 85
3．3．6　子繪圖 87
3．3．7　保存圖形 87
3．3．8　在其他應用中使用圖形 88
第4 章 首次上機實驗 90
4．1　艾滋病病毒載量模型 90
4．1．1　探究模型 91
4．1．2　匹配實驗數據 92
4．2　細菌實驗 93
4．2．1　探究模型 93
4．2．2　匹配實驗數據 94
第5 章 Python進階 96
5．1　自定義函數 97
5．1．1　定義Python函數 97
5．1．2　更新函數 100
5．1．3　參數、關鍵字和缺省值 101
5．1．4　返迴值 102
5．1．5　函數式編程 103
5．2　隨機數和模擬 105
5．2．1　模擬拋硬幣 105
5．2．2　生成軌跡綫 106
5．3　直方圖和條形圖 107
5．4　等勢綫繪圖和麯麵 109
5．4．1　生成繪圖點網格 109
5．4．2　等勢綫繪圖 110
5．4．3　麯麵繪圖 111
5．5　非綫性方程的數學求解 111
5．5．1　一般實函數 112
5．5．2　多項式的復數根 113
5．6　求解綫性等式 114
5．7　數值積分 115
5．7．1　對預定義函數積分 116
5．7．2　對自定義函數積分 117
5．7．3　對震蕩函數積分 117
5．7．4　參數依賴性 118
5．8　微分方程的數值解 118
5．8．1 問題重構 119
5．8．2　ODE求解 120
5．8．3　參數依賴 122
5．9　嚮量場和流綫圖 123
5．9．1　嚮量場 123
5．9．2　流型 124
第6 章 第二次上機實驗 126
6．1　生成和繪製軌跡 126
6．2　繪製位移分布 127
6．3　少見事件 129
6．3．1　泊鬆分布 129
6．3．2　等待時間 131
第7 章 更多的技術 133
7．1　圖像處理 133
7．1．1　圖像和數字數組 134
7．1．2　操作圖像 135
7．2　動畫 135
7．2．1　創建動畫 136
7．2．2　保存動畫 137
7．3　分析計算 141
7．3．1　SymPy軟件包 141
7．3．2　Wolfram Alpha 142
第8 章 第三次上機實驗 145
8．1　捲積 146
8．1．1　Python 的圖像處理工具 146
8．1．2　圖像平均 148
8．1．3　使用高斯濾波器做平滑 149
8．2　圖像去噪 149
8．3　特徵強調 150
繼續努力 152
附錄A　安裝Python 154
A．1　安裝Python 和Spyder 154
A．1．1　圖形界麵安裝 155
A．1．2　命令行安裝 156
A．2　設置Spyder 159
A．2．1　工作目錄 159
A．2．2　交互圖形 159
A．2．3　腳本模塊 159
A．2．4　重啓 160
A．3　加速 160
A．4　保持版本最新 161
A．5　安裝FFmpeg 161
附錄B　錯誤和錯誤消息 164
B．1　Python錯誤概述 165
B．2　一些常見的錯誤 166

附錄C　比較Python 2與Python 3 170
C．1　除法 171
C．2　用戶輸入 171
C．3　打印命令 172
C．4　更多幫助 173
附錄D　深入學習 174
D．1　賦值語句 174
D．2　內存管理 177
D．3　函數 177
D．4　作用域 178
D．4．1　命名衝突 180
D．4．2 作為參數傳遞變量 181
D．5　總結 182
附錄E　練習的解答 183
緻謝 189
參考文獻 190

Python物理建模初學者指南 簡介 您是否曾對宏觀世界的萬韆變化感到好奇？從蘋果落地到行星運轉，從波濤洶湧到細膩的粒子碰撞，這些看似截然不同的現象，背後都隱藏著一套精妙的物理定律。而當我們試圖理解、預測甚至操控這些物理過程時，就需要一個強大的工具來將抽象的數學語言轉化為可視化的模擬。Python，憑藉其易學易用的特性和豐富的科學計算庫，已成為物理建模的理想選擇。 《Python物理建模初學者指南》並非一本單純的編程教程，也不是一本艱深的理論物理專著。它是一座橋梁，連接起您對物理現象的好奇心與掌握定量分析能力的願望。本書將帶您踏上一段激動人心的旅程，從零開始，利用Python強大的編程能力，逐步構建起對各種物理現象的數學模型，並用代碼去探索它們的行為。 本書的核心理念在於“動手實踐”。我們不滿足於僅僅羅列枯燥的公式，而是鼓勵您將理論知識付諸實踐。通過大量的代碼示例和項目，您將親眼見證物理定律如何在計算機中“復活”，如何通過簡單的參數調整來觀察復雜的係統演變。無論是學習基礎的牛頓力學，理解能量守恒的奧秘，還是探索電磁場的微妙之處，本書都將為您提供一套清晰、可操作的方法。 內容概述 本書內容豐富，涵蓋瞭物理學中許多基礎且重要的概念，並以Python編程為媒介進行深入闡述。我們將從最基礎的Python語法和科學計算環境的搭建開始，確保即使是編程新手也能快速上手。隨後的章節將逐步引入物理學的核心主題： 力學： 從最簡單的直綫運動、拋體運動，到更復雜的振動、碰撞，乃至多體係統的模擬，您將學習如何用牛頓定律來描述物體的運動軌跡，理解動量和能量的轉化。本書將引導您構建從單擺到行星軌道模擬的各個層次的模型，深入理解引力、摩擦力等概念的影響。 熱學： 探索溫度、熱量、熵等概念，以及它們如何在係統中傳播和演變。您將學習如何模擬熱傳導，理解相變過程，甚至可以嘗試構建簡單的分子動力學模型，直觀地感受物質的微觀運動。 波動與光學： 學習如何描述波的傳播特性，例如聲波、水波，以及光波的性質。您將能夠模擬光的反射、摺射，甚至理解乾涉和衍射現象，為進一步學習光學和信號處理打下基礎。 電磁學： 深入研究電荷、電場、磁場及其相互作用。本書將引導您構建簡單的電路模型，理解法拉第電磁感應定律，甚至可以嘗試模擬電磁波的産生和傳播。 概率與統計在物理建模中的應用： 許多物理過程具有隨機性，例如放射性衰變、粒子隨機遊走等。本書將介紹如何利用Python的概率和統計工具來模擬這些現象，並從統計的角度理解物理係統的行為。 學習路徑與特色 本書采用循序漸進的學習路徑，確保每位讀者都能穩步提升。 1. Python基礎與科學計算環境： 在本書的開頭，我們會簡要介紹Python的基本語法，包括變量、數據類型、控製流（if語句、for循環、while循環）、函數等。更重要的是，我們將介紹NumPy和Matplotlib這兩個強大的科學計算庫。NumPy提供瞭高效的多維數組操作，是進行數值計算的基石；Matplotlib則是強大的數據可視化工具，能夠將您的模擬結果清晰地呈現齣來。我們將引導您完成環境的搭建，並進行一些基礎的數值運算和繪圖練習，為後續的學習打下堅實基礎。 2. 從簡到繁的物理模型構建： 本書不會一開始就拋齣復雜的物理模型，而是從最簡單的場景入手，逐步增加模型的復雜度。例如，在介紹力學時，我們可能會先模擬一個自由落體運動，然後引入空氣阻力，接著是拋體運動，最後是更復雜的振動係統。每一步模型都會有清晰的數學推導和相應的Python代碼實現。 3. 理論與實踐的深度融閤： 本書強調理論知識與實踐操作的緊密結閤。在講解每一個物理概念時，我們都會提供相應的數學公式，並立即將其轉化為可執行的Python代碼。您將看到，枯燥的數學公式是如何在代碼中“活”過來的，並通過調整代碼中的參數來觀察物理現象的變化。這種“所見即所得”的學習方式，能夠極大地加深您對物理概念的理解。 4. 豐富的案例研究與項目實踐： 本書包含大量的案例研究和小型項目，涵蓋瞭從基礎物理到一些更進階的應用。例如，您可能會學習如何模擬一個簡單的行星軌道，如何構建一個模擬粒子碰撞的程序，或者如何可視化電場綫的分布。這些實踐項目不僅能鞏固您所學的知識，還能激發您的學習興趣，並讓您感受到物理建模的強大魅力。 5. 可視化能力的培養： 物理建模的最終目的之一是理解和展示物理過程。本書將重點介紹如何使用Matplotlib等庫來創建各種類型的圖錶，包括一維、二維、三維的綫圖、散點圖、等高綫圖、動畫等。您將學會如何清晰、有效地展示模擬結果，從而更好地理解物理係統的行為，並與他人分享您的研究成果。 6. 麵嚮初學者的友好設計： 本書的設計充分考慮瞭初學者的需求。代碼示例簡潔明瞭，注釋詳盡，確保您能理解每一行代碼的作用。遇到的數學概念也會盡量用通俗易懂的語言進行解釋，並給齣直觀的類比。此外，本書還提供瞭一些額外的資源和提示，幫助您剋服學習過程中可能遇到的睏難。 本書適閤誰？ 對物理現象充滿好奇的學生： 如果您是高中生、本科生，對物理學理論感到著迷，但希望通過編程來更直觀地理解和探索這些概念，本書將是您的理想入門讀物。 希望拓展技能的程序員： 如果您已經掌握一定的Python編程基礎，並希望將您的編程技能應用於科學計算和物理模擬領域，本書將為您提供寶貴的知識和實踐機會。 跨學科學習者： 無論您是學習工程、數學、數據科學，還是其他任何與科學相關的領域，掌握物理建模的基本技能都將極大地增強您的分析和解決問題的能力。 終身學習者： 任何對探索自然界規律、利用計算機模擬真實世界過程感興趣的讀者，都將從本書中獲益。 為何選擇Python進行物理建模？ Python之所以成為物理建模的優選語言，有以下幾個顯著優勢： 易學易用： Python的語法簡潔直觀，接近自然語言，學習麯綫平緩，使得初學者能夠快速上手，將精力集中在物理概念和模型構建上，而不是糾結於復雜的編程細節。 強大的科學計算庫： NumPy、SciPy、Matplotlib、Pandas等庫提供瞭豐富的功能，涵蓋瞭數值計算、科學計算、數據分析和可視化等方方麵麵，極大地簡化瞭物理建模的過程。 廣泛的應用領域： Python在科學研究、工程計算、數據科學、人工智能等眾多領域都得到瞭廣泛應用，掌握Python進行物理建模，將為您打開更廣闊的學習和職業發展道路。 活躍的社區支持： Python擁有一個龐大而活躍的開發者社區，這意味著您可以輕鬆找到大量的學習資源、教程、第三方庫，並在遇到問題時獲得及時的幫助。 結語 《Python物理建模初學者指南》旨在為您提供一個紮實的起點，讓您能夠自信地運用Python來構建、分析和可視化物理模型。通過本書的學習，您將不僅掌握一種強大的編程工具，更重要的是，您將培養一種用科學的眼光去理解和探索世界的思維方式。準備好迎接這場激動人心的物理建模之旅瞭嗎？讓我們一起用Python解鎖物理世界的奧秘！

評分☆☆☆☆☆

作為一名對物理世界充滿好奇，卻又對復雜數學公式望而卻步的初學者，我一直渴望找到一種能將抽象概念具象化、讓我能親手“玩轉”物理世界的方法。終於，我發現瞭《Python物理建模初學者指南》。這本書猶如一盞指路明燈，照亮瞭我探索物理建模的道路。從我拿到這本書的那一刻起，就被其清晰的邏輯和循序漸進的教學方式所吸引。書中並沒有直接拋齣艱深的理論，而是從最基礎的Python編程概念入手，巧妙地將代碼的引入與物理概念的講解融為一體。例如，在介紹牛頓運動定律時，作者沒有直接給齣微分方程，而是先通過簡單的Python腳本模擬自由落體，然後逐步引入速度、加速度的概念，並最終展示如何用代碼來計算和可視化物體的運動軌跡。這種“邊學邊做”的學習模式，極大地降低瞭我的學習門檻，讓我不再對代碼産生畏懼感。每一次成功的運行，每一次圖錶的繪製，都給我帶來瞭巨大的成就感，也讓我對物理現象有瞭更直觀、更深刻的理解。我尤其喜歡書中那些貼近生活的例子，比如模擬拋射體的運動，看著屏幕上的小球按照我編寫的代碼軌跡飛齣，那種感覺真是太奇妙瞭！這本書不僅僅是教我如何編程，更重要的是，它教會瞭我如何用一種全新的視角去觀察和理解周圍的世界。

評分☆☆☆☆☆

我一直堅信，學習任何一門學科，最重要的是找到能夠激發你內在興趣的切入點。《Python物理建模初學者指南》恰恰做到瞭這一點。對於我這樣在大學時期就被物理“勸退”的人來說，這本書簡直是一場“遲到的救贖”。我原本以為，物理建模就是枯燥的數學公式推導和復雜的計算，但這本書徹底顛覆瞭我的認知。作者以一種極其友好的方式，將Python的強大功能與物理學的奧秘相結閤，讓原本高冷的物理概念變得生動有趣。書中的每一個章節都像是一個獨立的物理實驗，而Python就是我們的實驗工具。我們不需要搭建昂貴的實驗設備，隻需要敲擊鍵盤，就能模擬齣各種令人驚嘆的物理現象。例如，書中關於振動與波的部分，我通過編寫簡單的Python代碼，就能觀察到簡諧振動、駐波的形成，甚至可以調整參數，觀察不同波形疊加的效果。這種“看得見摸得著”的學習體驗，比死記硬背教材上的公式要有效得多。我特彆欣賞作者在講解過程中，不斷強調“可視化”的重要性。通過matplotlib等庫繪製齣的精美圖錶，讓我能夠直觀地看到物理量的變化趨勢，理解不同參數對係統行為的影響。這不僅僅是學習，更像是一場充滿驚喜的探索之旅，讓我重新燃起瞭對物理學的熱情。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對科學探索有著強烈好奇心的普通愛好者，我在尋找一本能夠真正讓我“上手”物理學知識的書籍時，遇到瞭《Python物理建模初學者指南》。這本書最吸引我的地方在於，它沒有把我當成一個擁有深厚數學背景的學生，而是把我當作一個渴望理解世界，並願意動手嘗試的探索者。書中對於Python語言的學習，被巧妙地融入到瞭物理概念的講解之中，我不再需要額外花費大量時間去學習一門編程語言，而是可以直接在解決物理問題的過程中，掌握編程的技巧。我非常喜歡書中對能量守恒定律的演示，作者通過編寫一個模擬彈性碰撞的Python程序，讓我能夠直觀地看到能量在不同物體之間的傳遞和轉化，這比純粹的數學公式更能讓我感受到物理定律的普適性和優美。書中提供的案例，從簡單的彈簧振子到稍微復雜的布朗運動，都循序漸進，讓我能夠逐步建立起自信。我尤其欣賞作者在講解中，會反復強調代碼的“可讀性”和“可維護性”，這讓我明白，好的建模不僅是能夠得到結果，更重要的是能夠清晰地錶達自己的思路，並方便後續的修改和擴展。這本書讓我看到瞭物理學在計算機時代的無限可能。

評分☆☆☆☆☆

從我個人的學習經曆來看，《Python物理建模初學者指南》提供瞭一種非常高效且易於理解的學習路徑。過去，我嘗試閱讀過一些介紹物理建模的書籍，但往往因為引入的數學概念太過抽象，或者直接跳到復雜的編程實現，讓我感到無從下手。這本書的獨特之處在於，它充分考慮瞭初學者的認知特點，將編程語言作為一種“翻譯器”，將物理世界的語言轉化為計算機可以理解的指令。這意味著，你不需要成為數學傢纔能理解物理，也不需要成為編程大師纔能進行物理建模。書中從最基礎的Python語法開始，逐步引導讀者掌握必要的編程技巧，然後將這些技巧應用於解決具體的物理問題。我印象最深刻的是，書中在介紹流體力學模擬時，並沒有一開始就講Navier-Stokes方程，而是通過一個簡單的二維流動模型，讓讀者通過代碼控製粒子的運動，從而初步理解流體的行為。這種“由簡入繁”的教學方法，讓我能夠一步一個腳印地建立起對物理建模的信心。而且，書中提供的豐富代碼示例，可以直接運行、修改，並觀察結果，這極大地加速瞭我的學習進程，也讓我能夠根據自己的興趣和理解程度，去探索更深層次的物理概念。

評分☆☆☆☆☆

一直以來，我都覺得物理學是一門既迷人又難以捉摸的學科，尤其是那些在黑闆上纔能看到的公式和方程，總讓我感到遙不可及。《Python物理建模初學者指南》這本書，就像一位耐心而富有遠見的老師，用一種全新的方式，將我帶入瞭物理建模的奇妙世界。它沒有用華麗的辭藻或深奧的術語來嚇唬讀者，而是用最直接、最接地氣的方式，教會我如何用Python這把“萬能鑰匙”，去解鎖物理學的奧秘。我尤其贊賞書中對於“實踐齣真知”這一理念的強調。從搭建簡單的力學模型，到模擬復雜的電磁現象，書中提供瞭大量的實踐項目，讓我能夠親手去“搭建”和“運行”物理世界。每一次成功的編程，每一次數據可視化，都讓我更加確信，物理學並非遙不可及，而是可以通過邏輯和計算來理解和掌控的。書中對於一些經典物理問題的講解，比如行星軌道的模擬，其清晰的代碼結構和詳盡的注釋，讓我不僅理解瞭計算的原理，也學會瞭如何構建一個穩定且可擴展的模型。這讓我不僅僅是在學習一本書，更是在學習一種解決問題的思維方式。

評分☆☆☆☆☆

好

評分☆☆☆☆☆

買來學習用的，希望對工作能有幫助～

評分☆☆☆☆☆

書的質量很好，快遞也很快，價格也很好。

評分☆☆☆☆☆

這本書隻能說隨便看看瞭。

評分☆☆☆☆☆

東西非常好非常滿意京東牛

評分☆☆☆☆☆

非常好，有幫助，適閤我閱讀。

評分☆☆☆☆☆

書很有用，希望能對我的工作起到指導！印刷什麼的都不錯！

評分☆☆☆☆☆

兩個字概括: 好書。感覺較為實用，也有較好的可讀性。

評分☆☆☆☆☆

很好