本書作者為鐘萬勰院士和吳鋒博士。鐘萬勰院士,大連理工大學(xué)教授,英國威爾士大學(xué)、香港大學(xué)名譽(yù)教授,中科院院士,我國計(jì)算力學(xué)的奠基人之一,我國研究計(jì)算力學(xué)辛體系的發(fā)起人之一,《計(jì)算機(jī)輔助工程》主編,長期致力于研究和發(fā)展計(jì)算力學(xué)辛體系,主持973項(xiàng)目、國家重大研發(fā)計(jì)劃等,研究成果在國內(nèi)外得到廣泛認(rèn)可,先后2次獲得國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。吳鋒博士,大連理工大學(xué)副教授,國際計(jì)算力學(xué)協(xié)會(huì)會(huì)員,師從著名力學(xué)家鐘萬勰院士,2018年入選大連理工大學(xué)星海學(xué)者人才培育計(jì)劃“星海骨干”,同年被評(píng)為大連市“青年科技之星”,2019年獲大連理工大學(xué)優(yōu)秀教學(xué)成果1等獎(jiǎng),先后主持國家自然科學(xué)基金青年基金、中國博士后基金(一等)等。
從天體運(yùn)動(dòng)到分子運(yùn)動(dòng),從經(jīng)典力學(xué)到量子力學(xué)和相對(duì)論力學(xué),一切保守的動(dòng)力系統(tǒng)均可采用Hamilton描述。從動(dòng)力系統(tǒng)還可以拓展到固體力學(xué)、流體力學(xué)、電磁學(xué)、最優(yōu)控制、電網(wǎng)分析、聲學(xué)等,自然界中大量問題可以采用Hamilton描述,可以證明:Hamilton系統(tǒng)的真實(shí)解具有保辛的性質(zhì),滿足最小作用量原理,保辛是Hamilton系統(tǒng)的最重要的基本性質(zhì)。目前,計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算已經(jīng)成為人類研究自然科學(xué)最重要的手段之一?!缎翑?shù)學(xué)及其工程應(yīng)用》一書的觀點(diǎn)是:針對(duì)Hamilton系統(tǒng)的仿真算法設(shè)計(jì),要滿足保辛這一系統(tǒng)的基本性質(zhì)。那么,什么是保辛呢?
祖沖之計(jì)算π的思路是割圓法,可推測為:平面上兩點(diǎn)之間連接的短程線是直線,而約束只要在離散節(jié)點(diǎn)處滿足即可。將這一思想用到動(dòng)力學(xué)分析中,幾何空間變?yōu)閯?dòng)力學(xué)狀態(tài)空間,尋求兩個(gè)離散時(shí)間點(diǎn)之間連接的動(dòng)力學(xué)短程線,就是最小作用量變分原理。短程線,可稱為力學(xué)的幾何化,離散時(shí)就成為“保辛”。保辛,也是中國的數(shù)學(xué)成就之一。
中國崛起,中國應(yīng)用數(shù)學(xué)豈能無動(dòng)于衷,可怎么體現(xiàn)出來呢?中華民族歷來重視歷史文化,每年要公祭炎帝、黃帝等祖先。這是重視炎黃文化或華夏文化的體現(xiàn)。近代發(fā)展的數(shù)學(xué)是從希臘傳承下來的,包括歐幾里得幾何等。大學(xué)工科數(shù)學(xué)教材中只提西方人的成就,而幾乎看不到中國的。實(shí)際上,中華5000多年的光輝文明,在數(shù)學(xué)方面成果斐然。中國傳統(tǒng)數(shù)學(xué)稱為算術(shù),講究應(yīng)用,是要實(shí)實(shí)在在地算出數(shù)值來的,此即中國數(shù)學(xué)之根。當(dāng)前已經(jīng)處于計(jì)算機(jī)、信息時(shí)代,看起來非常精美的圖像,其實(shí)全是離散數(shù)值表達(dá)的,中國的算術(shù)傳統(tǒng)優(yōu)勢應(yīng)在其中體現(xiàn)出來。從祖沖之割圓術(shù),到仿真分析的保辛算法,中國數(shù)學(xué)似乎中斷了的發(fā)展脈絡(luò)在計(jì)算中得到接續(xù)。本書強(qiáng)調(diào)諸如變分原理、計(jì)算、離散、保辛、辛代數(shù)、DAE、乘法攝動(dòng)、分析結(jié)構(gòu)力學(xué)、分析動(dòng)力學(xué)、模擬關(guān)系、約束、傳遞辛矩陣對(duì)稱群等數(shù)學(xué)名詞,并聯(lián)系優(yōu)化控制、多體動(dòng)力學(xué)、淺水波等實(shí)用課題,實(shí)際上是講計(jì)算應(yīng)用數(shù)學(xué),尤其是祖沖之方法論,提煉于中國古代數(shù)學(xué)以求解現(xiàn)代力學(xué)問題,貫通古今、融合中西。
《辛數(shù)學(xué)及其工程應(yīng)用》一書由科學(xué)出版社出版,講述應(yīng)用力學(xué)的辛體系,內(nèi)容包括離散辛數(shù)學(xué)的基本理論及其在分析力學(xué)、分析結(jié)構(gòu)力學(xué)、控制理論約束動(dòng)力系統(tǒng)、水波等方面的應(yīng)用,介紹基于辛體系的辛本征算法、精細(xì)積分方法、祖沖之類保辛算法等特色算法。《辛數(shù)學(xué)及其工程應(yīng)用》一書不僅強(qiáng)調(diào)辛數(shù)學(xué)的基本理論,還強(qiáng)調(diào)數(shù)值算法,適用于應(yīng)用力學(xué)及相關(guān)工程專業(yè)的高年級(jí)本科生、研究生及科技工作者閱讀和參考。