這本書的寫作目的:
線性代數是大學理工類、經濟管理類專業必修的數學基礎課程,這門課對後續的專業課研修具有重要意義。但由於其知識體繫龐大、概念抽像,給學生的學習帶來不小的挑戰。然而,課堂講授多以抽像的數學概念為主,鮮少涉及這些概念在現實生活中的應用,這使學生對於線性代數的興趣索然。
本書旨在解決這一矛盾,使讀者了解線性代數相關理論在現實世界中的豐富應用,從而激發讀者學習線性代數的興趣和熱情。
筆者的使用體會:
筆者在寧夏科技館(寧夏青少年科技活動中心)舉辦的中學生科普講座中,多次講授本書相關內容,使中學生對數學在現實生活中的應用有了更加直觀的感受,激發了中學生學習數學的興趣和熱情。另一方面,近年來筆者也將本書部分內容應用於大學本科數學課程線性代數的教學過程。課前學生通過了解線性代數在各行各業的具體應用,獲得相關數學概念的直觀體驗。這樣,學生帶著興趣、帶著問題走進線性代數的課堂,使課堂學習充滿了樂趣。
這本書的特色:
本書分別從中國古代數學思想、益智遊戲、企業管理、計算機科學、博弈論等角度出發,介紹了線性代數和矩陣理論中的矩陣運算、線性變換、轉移概率矩陣等數學概念在上述領域的應用。
這本書包括什麼內容:
第1章“雞兔同籠:矩陣與線性方程組的關繫”,從中國古代經典數學問題雞兔同籠入手,介紹了線性方程組及其矩陣表示、初等行變換求解線性方程組的基本方法。並進一步通過健康飲食分析介紹了線性規劃問題。
第2章“數字遊戲:好玩的矩陣”,介紹了方陣、三角矩陣、對角矩陣等數學概念,以及中國古代經典數學遊戲“九宮算”,並進一步介紹了幻方矩陣、拉丁方陣、數獨遊戲與矩陣的關繫。還給出了利用矩陣的初等行變換設計數獨矩陣的方法。
第3章“經營水果店:經營管理中的矩陣”,通過水果店老板阿明在生產經營活動中所遇到的一繫列問題,介紹了矩陣的加法、減法、數乘、乘法、冪等矩陣基本運算。
第4章“數碼照片:矩陣與PS技術”,介紹了矩陣運算在數碼照片的存儲、美化、識別等方面的應用。特別是通過介紹人臉識別算法,對深度學習神經網絡算法做了一個初步介紹。
第5章“計算機繪畫:用矩陣創造藝術”,通過展示計算機繪圖、藝術字體等計算機操作中蘊含的數學原理,介紹了線性變換的概念。並通過制作“悸動的心”的動畫,淺顯地介紹了電影中的計算機特效技術背後的數學原理。
第6章“加密解密:矩陣與密碼”,介紹了早的加密算法——凱撒密碼,並進一步介紹了希爾密碼設計、加密和解密原理。通過介紹希爾密碼,介紹了模m逆矩陣的概念。
第7章“互聯網:矩陣的世界”,從兩個方面介紹了互聯網世界中的矩陣。首先,通過微信、微博等社交網絡的結構,介紹圖論中無向圖、有向圖、鄰接矩陣等概念。然後,介紹了谷歌公司發明的搜索算法——PageRank算法和MapReduce算法背後的數學原理,展示了矩陣理論在搜索算法和並行計算中的應用。
第8章“田忌賽馬:博弈論中的矩陣”,通過中國古代著名的博弈故事“田忌賽馬”展示了矩陣在博弈論中的應用,並進一步介紹了納什均衡的概念、囚徒博弈模型和雪堆博弈模型。後,分析了“久賭必輸”背後的數學原理。
本書讀者對像:
- 對數學感興趣的中學生
- 大學本科生
- 其他對數學有興趣的各類人員
感謝:
本書受到寧夏科技館(寧夏青少年科技活動中心)的資助。