# scientific-computing

**Repository Path**: ma-shituo/scientific-computing

## Basic Information

- **Project Name**: scientific-computing
- **Description**: 科学计算教程
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: CC-BY-SA-4.0
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 0
- **Forks**: 0
- **Created**: 2024-07-16
- **Last Updated**: 2024-07-16

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**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README

# 绪论：什么是科学计算

从原始人的结绳记事到今天的ChatGPT，数学伴随着人类文明的智慧水平一同在发展。这门古老的学科经久不衰，每个人都或多或少学习过一点。下到九九乘法表，上到深度学习大模型，背后都是数学的影子。但很多同学害怕数学，主要是由于数学理论的发展太快已经抽象到很多人难以理解了。并且，似乎这些理论并没有很大用途？

不不不。随着人工智能与科学计算的崛起，数学正在以一种奇特的方式走向实际应用。在当今信息化、数字化高速发展的时代，科学计算已成为推动科技进步、经济发展和国家竞争力提升的关键因素。正如美国总统信息技术顾问委员会在其报告《科学计算：保证美国的竞争力》中所强调的，科学计算不仅是科学研究的重要工具，更是国家在全球竞争中保持领先地位的战略资源。 

我之前问北京大学数学科学学院的卢朓老师什么是科学计算，卢老师是这样回答我的：

> 科学计算是利用计算机技术和数学方法，对科学、工程、经济、社会等领域的复杂问题进行建模、仿真、分析和求解的过程。它旨在通过精确的计算和深入的数据分析，揭示问题的本质，预测未来的趋势，为决策提供科学依据。 

Python语言作为一门通用性和专用性都很好的语言，由于其易学、开源受到程序员们的追捧。我在前面的工作里已经初步做好了Python数学建模导论的稿件，当然里面还有不少细节性问题正在修订ing。但是考虑到其中的知识密度高的有些硬核，我决定为它增加一门前置课程，就是现在你所看到的Python科学计算。

我将Python用于科学计算的八个重要工具抽离出来进行讲解，目的就是希望同学们能够轻松一些地学习科学计算。本教程内容包括：

- 1 Numpy及其基本使用
  - 1.1 Numpy中的数组
  - 1.2 Numpy数组的运算
  - 1.3 Numpy与线性代数
  - 1.4 Numpy与多项式计算
- 2 Sympy及其基本使用
  - 2.1 符号对象的基本运算
  - 2.2 利用Sympy求解问题
- 3 Scipy及其基本使用
  - 3.1 微积分工具包
  - 3.2 优化工具包
  - 3.3 插值工具包
  - 3.4 假设检验工具包
  - 3.5 傅里叶变换工具包
- 4 Pandas及其基本使用
  - 4.1 pandas中的基础数据结构
  - 4.2 利用pandas进行数据分析
- 5 Matplotlib及其基本使用
  - 5.1 利用matplotlib绘图
  - 5.2 图窗，布局与排版
  - 5.3 利用seaborn进行美化
- 6 Networkx及其基本使用
  - 6.1 利用networkx创建图
  - 6.2 利用networkx分析图
  - 6.3 利用networkx求解图的一些基本问题
- 7 Statsmodels及其基本使用
  - 7.1 方差分析与回归分析
  - 7.2 时间序列预测
- 8 Sklearn及其基本使用
  - 8.1 数据集的预处理
  - 8.2 有监督学习的案例
  - 8.3 无监督学习的案例

本教程是对聪明办法学Python( [datawhalechina/learn-python-the-smart-way-v2: 聪明办法学Python，简明且系统的 Python 入门教程第二版。 (github.com)](https://github.com/datawhalechina/learn-python-the-smart-way-v2) )的扩展，指引大家在学习完Python基础语法后如何平滑过渡到下游的一些计算应用中来。同时，这门课也是数学建模导论( [datawhalechina/intro-mathmodel: 《数学建模导论》教程，全网最全数学建模模型与算法教程系列，带你走进数学建模的大门！ (github.com)](https://github.com/datawhalechina/intro-mathmodel) )的前置课程，代码基础不太好或者不熟悉Python的同学可以先通过这门教程熟悉Python科学计算的工具。