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内容大纲
本书以Python为工具，系统介绍了建模与仿真的核心方法论及跨学科应用，旨在为读者构建从理论基础到实践操作的完整知识体系。作者通过循序渐进的章节设计，结合真实案例与代码实现，揭示了建模在科学工程领域的广泛应用潜力，同时强调对模型本质的理解与批判性思考。
本书从随机数生成、蒙特卡罗方法等基础工具切入，逐步延伸至隐马尔可夫模型（HMM）、耦合微分方程、ABM模型等复杂方法。每章以“理论-代码-应用”的结构展开介绍。它强调使用不同计算环境的算法思维能力，并提供了一些有趣的示例，包括莎士比亚文本生成HMM、电影数据库、病毒传播和国际象棋等。 -
作者介绍
杰森·M.金瑟 （Jason M. Kinser） 乔治梅森大学计算与数据科学系系主任。他在乔治梅森大学的多个院系教授过30多门不同的课程，包括计算与数据科学、物理学、生物信息学、法医学，甚至生物学。他的研究兴趣包括图像分析、图像内容与非图像数据的融合以及教育等。 -
目录
译者序
前言
第1章 概述
第2章 随机数
2.1 随机的定义
2.2 复制随机序列
2.3 缩放与偏移
2.4 其他类型的随机数
2.5 高斯分布
2.6 确认随机性
2.7 本章小结
练习题
第3章 随机数的应用
3.1 纸牌游戏：战争
3.2 Python实现
3.3 改变游戏
3.3.1 一张A
3.3.2 四张A
3.4 本章小结
练习题
第4章 蒙特卡罗方法
4.1 随机向量
4.2 掷骰子
4.3 蒙特卡罗方法应用示例
4.3.1 水平线分隔
4.3.2 斜线分隔
4.3.3 积分
4.3.4 正方形
4.3.5 π值预估
4.4 超球体
4.5 合理抽样
4.6 估算星形面积
4.6.1 几何性质
4.6.2 理论比
4.6.3 使用蒙特卡罗方法估计星形面积占比
4.7 非平均分布
4.8 本章小结
练习题
第5章 自组织建模
5.1 谢林模型
5.2 用Python建模
5.3 试验
5.4 修改算法
5.5 本章小结
练习题
第6章 隐马尔可夫模型
6.1 输出HMM
6.2 转换HMM
6.2.1 转换HMM的数据结构
6.2.2 构建转换HMM
6.3 循环HMM
6.4 注意事项
6.4.1 假设的数据
6.4.2 虚假字符串
6.4.3 递归概率
6.5 本章小结
练习题
第7章 起始密码子的识别
7.1 简要生物学背景
7.2 Python实现
7.2.1 数据
7.2.2 概率和对数几率
7.2.3 构建矩阵
7.2.4 一个查询
7.2.5 测试工作
7.3 本章小结
练习题
第8章 HMM在棒球中的应用
8.1 棒球就够了
8.2 棒球HMM
8.3 数据采集
8.4 统计事件
8.5 创建转换HMM
8.6 分析
8.6.1 用户选择的局
8.6.2 罕见的转换
8.6.3 不寻常的局
8.7 本章小结
练习题
第9章 隐莎士比亚模型
9.1 构建HMM
9.2 创造新的字符串
9.3 发现新莎士比亚
9.4 结构
9.5 Midsummer Madness
9.6 本章小结
练习题
第10章 关联的数据
10.1 电影数据库
10.2 Python查询
10.3 关联
10.4 Floyd-Warshall算法
10.4.1 B矩阵和P矩阵
10.4.2 创建G矩阵和P矩阵
10.4.3 用Python创建矩阵
10.4.4 查找最短路径
10.5 Floyd-Warshall在演员中的应用
10.6 无法连接
10.7 本章小结
练习题
第11章 基因表达阵列
11.1 数据
11.2 阅读电子表格
11.3 协议
11.3.1 减去背景
11.3.2 比值和强度
11.3.3 M和A
11.3.4 LOWESS
11.4 多个文件
11.5 简单分析
11.6 本章小结
练习题
第12章 联立方程
12.1 线性代数方法
12.2 Python实现
12.3 计算的限制
12.3.1 矩阵求逆的精度
12.3.2 奇点
12.4 应用题
12.4.1 游乐场收费
12.4.2 交通流量
12.5 基尔霍夫定律的应用
12.5.1 基尔霍夫电流定律
12.5.2 基尔霍夫电压定律
12.5.3 创建方程
12.5.4 计算电流
12.6 本章小结
练习题
第13章 运动仿真
13.1 直线运动
13.2 汽车碰撞
13.3 加速运动
13.4 垂直方向的运动
13.4.1 向上运动
13.4.2 向下运动
13.4.3 向上和向下运动
13.5 抛体运动
13.6 能量
13.6.1 示例1
13.6.2 示例2
13.7 下落物体的瞄准点
13.7.1 定义变量
13.7.2 瞄准
13.7.3 彩弹射击速度
13.7.4 飞行时间
13.7.5 物体高度
13.8 火箭测试
13.8.1 构建仿真
13.8.2 寻找正确参数
13.9 本章小结
练习题
第14章 振荡
14.1 弹簧理论
14.2 弹簧运动的仿真
14.3 修正后的仿真
14.3.1 平均加速度
14.3.2 蛙跳法
14.4 单摆
14.5 本章小结
练习题
第15章 耦合微分方程
15.1 简单的示例
15.2 两个依赖于时间的变量
15.3 相关方程
15.4 耦合方程
15.5 HIV仿真
15.6 弹簧模型
15.6.1 无摩擦力的弹簧模型
15.6.2 带摩擦力的弹簧模型
15.6.3 强制系统
15.7 耦合弹簧
15.8 本章小结
练习题
第16章 数量惊人的解决方案
16.1 游戏
16.2 构建解决方案
16.2.1 单元格标识
16.2.2 单元格表示
16.2.3 谜题架构
16.2.4 创建谜题
16.2.5 呈现谜题
16.2.6 规则1
16.2.7 规则2
16.3 其他谜题架构
16.3.1 更大的谜题
16.3.2 拼图数独谜题
16.3.3 规则3
16.4 开发游戏
16.4.1 创建一个已解决的谜题
16.4.2 简单的解决方案
16.4.3 对简单解决方案的修改
16.4.4 解开谜题
16.5 本章小结
练习题
第17章 ABM模型——病毒传播
17.1 ABM模型
17.1.1 移动
17.1.2 碰撞
17.1.3 示例
17.1.4 另一种计算方法
17.2 Python实现
17.2.1 将agent定义为对象
17.2.2 迭代
17.2.3 修改仿真程序
17.3 计算速度
17.4 本章小结
练习题
第18章 国际象棋
18.1 理论
18.2 实施
18.2.1 棋子的价值
18.2.2 创建棋盘
18.2.3 走棋
18.2.4 单个棋子
18.2.5 为游戏的状态分配分数
18.3 进行游戏
18.3.1 走法的选择
18.3.2 提高性能
18.4 本章小结
练习题
参考文献
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