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计数技术:开发者和工程师的权威参考(英文电子书)

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资源介绍

目标读者:主要面向开发者、工程师以及从事组合数学、计算机科学、应用数学等领域的研究人员和专业人士。 书籍核心主题 本书全面且严谨地阐述了各种用于枚举离散结构和解决计数问题的技术,涵盖理论和实际应用中的广泛场景。围绕计数这一组合数学的基础方面展开,深入探讨了从基本计数原理到复杂计数问题的解决方法及其在多个领域的应用。 主要章节及内容概述 第一部分:计数的基本原理 第 1 章:计数的基本原理:介绍了求和法则与乘积法则这两个构建许多计数策略的基础公理,详细分析了排列与组合(包括循环排列、有放回和无放回选择等复杂变体),还探讨了鸽巢原理、容斥原理以及涉及双计数和双射的技术,这些核心思想在集合论中有诸多应用。 第 2 章:生成函数与递推关系:将生成函数和递推关系作为强大的代数工具用于枚举,介绍了普通生成函数和指数生成函数,以及求解线性递推关系的方法,还探讨了非线性和多元生成函数,能够枚举多维组合结构。 第 3 章:组合结构与高级枚举:深入研究了多项式系数、斯特林数、贝尔数、卡特兰数和整数分拆等概念,阐述了这些概念在计数复杂配置(如戴克路径、二叉树、多边形三角剖分等)中的应用,还涵盖了复杂的组合恒等式和证明,以及与车多项式相关的枚举问题。 第 4 章:图和网络中的计数:考察了图和网络中的计数问题,包括标记和未标记图的枚举、树和森林的枚举、匹配和覆盖的计数、路径、循环和行走的计数,以及在网络可靠性中的应用和超图枚举,拓宽了图枚举的范围。 第 5 章:计数中的代数和群论方法:介绍了伯恩赛德引理和群作用,波利亚计数理论,表示论在枚举中的应用,矩阵方法在组合学中的应用,莫比乌斯反演及其应用,以及伽罗瓦域中的计数组合学,这些方法构成了现代计数理论的重要组成部分。 第二部分:概率和分析计数技术 第 6 章:概率和分析计数技术:阐述了概率方法在计数中的应用,利用概率理论确立具有特定性质的组合对象的存在性;介绍了期望的线性性和指示变量,简化复杂概率和组合问题的计算;还探讨了集中不等式(马尔可夫不等式、切比雪夫不等式、切尔诺夫界)以及 Lovász 局部引理及其应用,还有通过鞅进行计数的方法。 第 7 章:计数复杂性与近似计数:介绍了计数复杂性类(#P、TotP),计数问题的归约和完备性,随机近似计数方案,马尔可夫链蒙特卡洛技术,采样复杂性以及精确计数与近似计数,还有计数困难性的最新进展。 第三部分:约束和限制下的计数 第 8 章:约束和限制下的计数:探讨了带有禁止位置的计数,奇偶性、模和算术限制下的计数,受限数组(拉丁方和数独)中的计数,方程组解的计数以及不等式和优化约束下的计数。 第四部分:计数技术的应用 第 9 章:计数技术的应用:介绍了计数技术在纠错码、密码协议与安全、统计力学与配分函数、生物信息学与计算生物学、机器学习与模型选择以及算法和现实世界案例研究中的应用,展示了计数方法在当代科学和技术中的多功能性和影响力。 书籍特色 全面性:涵盖了从基本计数原理到高级计数技术及其应用的广泛内容,形成了一个完整的计数知识体系。 严谨性:以严谨的方式阐述各种计数技术和理论,确保内容的准确性和科学性。 实用性:不仅有理论阐述,还包含大量实际应用案例和算法示例,有助于读者将计数技术应用到实际问题中。 跨学科性:内容涉及数学、计算机科学、生物学、物理学等多个学科领域,体现了计数技术的跨学科应用价值。