从“实践问题”到“模型算法”再到“数学理论”，中车冯江华推出《工程数学问题求解算法及应用》

作者简介

冯江华，“国家卓越工程师团队”——“复兴号高速列车研发创新团队”核心成员，第十四届全国政协委员，中国中车首席科学家，中车株洲电力机车研究所有限公司副总经理、总工程师。长期专注于高效电力牵引、列车协同控制、实时安全诊断等技术研究。

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工程数学问题求解算法及应用

冯江华著 . 北京 ： 科学出版社 ，2024 . 12

ISBN 978-7-03-079587-8

《工程数学问题求解算法及应用》是一本专注于介绍各类数值计算算法的专著 ， 在深入讲解数值计算的理论基础的同时 ， 提供了大量的代码实现和应用实例 。 本书的每个章节先带读者接触一个本算法的实际应用案例 ， 让读者能把抽象的算法与实际结合起来 。 再进一步介绍算法的数学理论 ， 并根据理论分析算法的适用场景 。 最后 ， 会根据算法理论凝练出该算法的实现 。 这使得读者在初步理解了数值计算的理论基础后 ， 能够将其快速应用到实际问题中 ， 更好地理解和掌握数值计算 ， 形成理论与实践相互促进的良性循环 。

本书的目标读者主要是高等院校的工科和理科专业的本科生和研究生 ， 以及从事工程、物理、计算机科学等领域的专业人员 。 对于那些希望在工程应用中深刻理解和应用数值计算方法的读者 ， 本书将是一个有价值的参考 。 建议读者在学习过程中结合代码和实例动手实践 ， 通过实际操作进一步加深对算法的理解 。

序 言

中国科学院院士 张平文

当今世界瞬息万变 ， 科技革命与产业变革方兴未艾 ， 以数字化 、 网络化 、 智能化为特征的科技浪潮蓬勃兴起 ， 正在深刻影响世界发展格局 ， 改变人类生产生活方式 ， 这些变化不仅为现代工程领域铺设了广阔的创新舞台 ， 也带来了前所未有的挑战与机遇 。数学作为重要的基础学科和有力的实践工具，其应用范围在工程领域内持续拓展，日益凸显其不可或缺的价值。从轨道交通列车高精度控制到新能源装备的寿命预测 ； 从航空航天工程的精密变轨设计 ， 到土木工程中的结构优化与材料分析 ； 从电子信息工程的信号处理与通信协议 ， 到环境工程的污染控制与资源管理 ， 这些工程问题往往涉及多维 、 非线性 、 动态变化等复杂因素 ，每个领域都深刻依赖于数学模型的构建与求解算法的创新。

为更好地发展数学 、 推动数学人才培养 、 并将数学科研成果落地于包括众多工程领域并产生实际经济社会效益 ， 国内外众多数学家先后撰写了一系列数学应用的相关著作 ， 为上述目标的达成做出了巨大贡献 。 但值得注意的是 ， 这些著作多是从 “ 数学理论 ” 到 “ 模型算法 ” 再到 “ 实践问题 ” ， 着重于强调数学的逻辑性 ， 对其延伸到实践工作中的应用性方面着墨不多 。 事实上 ， 许多工程问题往往会面临着专业壁垒 、 实施环境 、 设备工艺 、 数据质量 、 操 作水平等许多现实原因的约束和限制 ， 使得数学工具的实际应用变得浮于表面甚至难以操作 ， 导致其真实效果大打折扣 。 企业是科技创新的主体 ， 其不仅要快速响应市场需求 ， 更需要持续自主原始创新并把科技成果快速转化为生产力 。 企业所面临的各类工程问题及其约束是真实的 、 客观的 ， 企业工程专家在处理这些问题时往往会更全面地考虑其各种影响因素 ， 并选择更具操作性的数学方法来加以解决 ， 这种务实的、目标导向的工程化思维值得总结和推广。

冯江华先生作为我国高速列车牵引与控制方面的杰出专家 ， 三十余载深耕企业一线 ， 致力于该领域的基础应用研究 、 关键技术攻关 、 产品平台研制及工程应用开发 ， 成绩斐然 。 他不仅在国内率先开展高性能异步牵引及控制技术研究 ， 打破国际垄断 ， 填补国内空白 ； 更在国际上引导轨道交通永磁牵引技术研究的潮流 ， 推动了新一代高速牵引动力的诞生 ; 尤为值得一提的是 ， 他主持研制大国重器 “ 复兴号 ” 高速列车的牵引与控制系统 ， 引领中国高 铁达到 世界商业运营速度的新高峰 。

考虑到国内企业工程专家视角编撰的专业参考书籍的稀缺 ， 冯江华先生根据自身在国家重大工程领域持续多年的理论研究与应用经验 ， 倾力撰写了《工程数学问题求解算法及应用》一书 。 该书创新性地探索从“实践问题”出发到“模型算法”再到“数学理论”， 不仅跳脱了传统数学理论著作的窠臼 ， 深入浅出地阐述了线性方程组等核心问题的数值解法及其算法逻辑 ， 更强调理论与实践的紧密结合 ， 书中涉及的所有算法 ， 都会在对应章节中给出具体的代码实现 ， 并与众多真实场景相关联 ， 使读者能够直观理解并应用所学 ， 进而产生举一反三的效果 。

《工程数学问题求解算法及应用》《工程数学问题求解算法及应用》是值得推荐给所有对数学和工程充满热情的读者的书籍 ， 相信无论是学生 、 教育工作者还是工程实践者 ， 都能从这本书中汲取灵感 ， 获得启迪 ，建立起连接抽象数学理论与工程实践的桥梁，深刻理解并体验工程数学在解决实际问题中的巨大威力与无限可能， 在解决各种复杂的工程问题的同时 ， 共同推动数学应用与工程技术向更高水平迈进 。

2024 年 8 月

本文摘编自《 工程数学问题求解算法及应用 》（ 冯江华著 . 北京 ： 科学出版社 ，2024 . 12 ）一书“序言”“前言”，有删减修改，标题为编者所加。

ISBN 978-7-03-079587-8

责任编辑：胡庆家 孙翠勤

《工程数学问题求解算法及应用》是一本专注于介绍各类数值计算算法的专著 ， 其主要内容安排如下 ： 首先 ， 介绍各类矩阵的分解算法 ， 比如经典的 LU 分解、 QR 分解等 ， 并以矩阵分解原理为基础 ， 介绍各类线性方程组的求解方法 。 其次 ， 介绍求解线性方程组的各类迭代算法 ， 如 Jacobi 迭代算法、 Gauss-Seidel 迭代算法等 ， 接着导入非线性方程的求解问题 ， 介绍求解该问题的各类迭代算法 ， 如 Newton 算法等 ， 进一步介绍求解非线性方程组的 Newton 算法衍生的各类迭代算法 ， 如拟 Newton 算法等 。 再次 ， 介绍各类插值和拟合算法 ， 如三次样条插值、最小二乘拟合等 。 最后 ， 以 Euler 算法为基础介绍常微分方程 ( 组 ) 求 解算法和偏微分方程求解算法 。

本书可供致力于学习和使用数值算法的学生与工程师参考使用 。

（本文编辑：刘四旦）

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