科學與工程中的洞察力：如何把握復雜性 9787547835975 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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齣版社： 上海科學技術齣版社

ISBN：9787547835975

商品編碼：29623180879

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2017-08-01

基本信息

書名：科學與工程中的洞察力：如何把握復雜性

定價：78.00元

作者：{美] 桑喬伊·馬哈詹 潘子欣,徐建軍

齣版社：上海科學技術齣版社

齣版日期：2017-08-01

ISBN：9787547835975

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝-膠訂

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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世界是復雜的。能讓我們更好把握世界，避免被淹沒在復雜泥潭中的是日積月纍培養齣的洞察力。本書將告訴你如何優化自己的思考模式，構建自己的洞察力。
全書圍繞思考方法設計。在每一章，通過大量生動的案例教會你一種構建洞察力、把握復雜性的方法工具。工具比案例本身更一般，更有用，你所學的思考工具將適用於各領域以及生活的各個方麵。嘗試本書介紹的思考方法吧，你會發現世界竟如此統一與和諧。世界原本簡潔。

內容提要

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科學與工程被認為是關於準確性及性的學問。然而，能讓我們更好把握世界復雜性的卻是洞察力。《科學與工程中的洞察力》圍繞如何培養、優化思考方式而設計。全書分為3大部分。部分告訴你什麼是復雜性，如何把你所麵對的復雜世界“整理”得簡潔、有條理。在此部分，你將學習到“分而治之法”和“抽象”兩件工具，來幫助你梳理復雜世界。第2部分教你如何在不損失信息的前提下，把不必要的復雜性捨棄。你將學習到另外3種工具：“尋找不變量”、“正比分析”、“量綱分析”。當麵對更復雜的問題，以至於我們已經掌握的方法都無能為力時，我們必須做齣“犧牲”——捨棄一部分信息，這便是第3部分的內容：如何在捨棄信息的情況下對問題做齣更好地估計。“團塊化”和“概率分析”這兩種工具將力助你做到這一點。

目錄

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序
篇 組織復雜性
章 分而治之法
1．1 熱身
1．2 鐵路與公路
1．3 樹圖
1．4 需求估算
1．5 對同一個量用多種方法進行估算
1．6 與直覺對話
1．7 物理估算
1．8 小結和進一步的問題
第2章 抽象
2．1 燃燒碳氫化閤物釋放的能量
2．2 扔硬幣遊戲
2．3 抽象的目的
2．4 類比
2．5 小結及進一步的問題

第二篇 忽略復雜性且無信息丟失
第3章 對稱性與守恒
3．1 不變量
3．2 從不變性到對稱操作
3．3 物理對稱
3．4 黑箱模型與守恒量
3．5 能量守恒與阻力
3．6 飛行
3．7 小結及進一步的問題
第4章 正比分析
4．1 人口標度
4．2 找齣標度指數
4．3 流體力學中的標度指數
4．4 數學中的標度指數
4．5 二維中的對數標度
4．6 優化飛行速度
4．7 小結及進一步的問題
第5章 量綱
5．1 無量綱量
5．2 一個獨立的無量綱量
5．3 更多的無量綱量
5．4 溫度和電荷
5．5 原子，分子和材料
5．6 小結和進一步的問題
第三篇忽略復雜性時有信息丟失
第6章 團塊化
6．1 近似！
6．2 對數標度的取整
6．3 典型值或特徵值
6．4 將團塊化用於形狀
6．5 量子力學
6．6 小結及進一步的問題
第7章 概率分析
7．1 作為可信度的概率：貝葉斯概率
7．2 閤理的範圍：為何分而治之法有效
7．3 無規行走：黏滯性與熱流
7．4 無規行走的輸運
7．5 小結和進一步的問題
第8章 簡單案例
8．1 熱身
8．2 兩區域
8．3 三區域
8．4 兩個無量綱量
8．5 小結及進一步的問題
第9章 彈簧模型
9．1 鍵彈簧
9．2 能量分析
9．3 産生聲，光及引力輻射
9．4 輻射的效應：藍天與紅日
9．5 小結及進一步的問題

後的話：長期持久的學習
參考文獻
索引

作者介紹

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桑喬伊?馬哈詹（Sanjoy Mahajan）：斯坦福大學物理學學士，劍橋大學數學學士，加州理工學院物理學博士，曾任教於麻省理工學院、劍橋大學、歐林工程學院等。多年以來，在多所高校緻力於科學課程的教學設計與改革。在麻省理工學院開設廣受好評的公開課“科學與工程中的近似藝術”。

徐建軍：復旦大學物理係教師，長期從事理論物理的科研與教學工作，著有《物理學中的群論基礎》及譯作《不論——科學的極限與極限的科學》等。

潘子欣：復旦大學經濟學院學生。

文摘

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序言

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洞察之光，破譯繁復：一本關於思維模式與解決之道的手冊 在當今世界，我們被前所未有的信息洪流所裹挾，被層齣不窮的挑戰所包圍。從錯綜復雜的全球經濟到精密無比的生物係統，從浩瀚無垠的宇宙奧秘到微觀粒子間的微妙互動，復雜性無處不在，滲透在我們生活的方方麵麵。理解並駕馭這種復雜性，已不再是少數專業人士的專屬技能，而是每個人在這個時代生存與發展的必備素質。本書並非一本淺嘗輒止的科普讀物，也不是故弄玄虛的哲學探討，而是一本緻力於提供實用工具與深刻洞見的指南，旨在幫助讀者以一種全新的視角去審視和應對復雜問題。它將引領你踏上一段思維的旅程，學習如何穿透現象的迷霧，直抵事物的本質，從而在科學探索、工程實踐、乃至日常生活中的各種挑戰中，找到清晰的路徑與有效的解決方案。 本書的核心在於“洞察力”。它並非憑空而來的靈感閃現，而是通過係統性的訓練、深刻的觀察和嚴謹的分析，逐步培養起來的一種高級認知能力。這種能力使我們能夠識彆齣隱藏在錶麵混亂之下的模式，理解不同要素之間的相互聯係與影響，預測事物發展的潛在趨勢，並在不確定性中做齣明智的決策。書中將深入剖析洞察力是如何孕育的，以及它在應對復雜性時所扮演的關鍵角色。我們會探討那些偉大的科學傢和工程師們，是如何憑藉敏銳的洞察力，一次次地突破認知邊界，解決看似無解的難題。 第一部分：洞察力的基石——理解復雜性的本質 要培養洞察力，首先需要對復雜性有一個深刻的理解。本部分將從多個維度剖析復雜性的內涵。 何謂復雜性？ 我們將區分“復雜”與“混亂”，闡明復雜係統並非隨機無序，而是遵循特定的規則和動態。我們將介紹復雜係統的一些基本特徵，如湧現性（emergent properties）、非綫性（non-linearity）、反饋循環（feedback loops）、自組織（self-organization）等。例如，一隻鳥的飛行軌跡看似隨機，但一群鳥的集群行為卻能展現齣驚人的協調與秩序；一個細胞的功能並非由單個蛋白質決定，而是由無數分子相互作用的復雜網絡所産生。 復雜性在我們周圍。 本部分將通過大量貼近現實的案例，展示復雜性是如何滲透到各個領域的。在科學領域，我們將看到氣候變化的復雜模型，基因組學研究的龐大數據，以及天體物理學中宇宙大尺度結構的形成。在工程領域，我們將審視大型基礎設施項目（如橋梁、航空母艦）的設計與建造所涉及的眾多相互依賴的子係統；探討軟件開發中日益增長的代碼規模和團隊協作的挑戰；分析城市交通係統的動態平衡與擁堵成因。在社會科學領域，我們將討論經濟周期的波動、流行病的傳播模式、以及信息傳播的網絡效應。 為何如此難以把握？ 傳統綫性思維的局限性將得到充分揭示。我們習慣於尋找單一原因和直接結果，但在復雜係統中，原因與結果往往是相互交織、相互影響的，且存在延遲效應。我們將探討“係統思維”（Systems Thinking）的必要性，它是一種認識和分析事物整體性、相互關聯性和動態過程的思維方式，與傳統的還原論（reductionism）形成鮮明對比。 第二部分：洞察力的工具箱——思維模式與分析方法 理解瞭復雜性的本質，接下來便是掌握培養和運用洞察力的具體工具。本部分將聚焦於一係列經過實踐檢驗的思維模式和分析方法。 重構問題：視角轉換的力量。 許多時候，我們之所以無法找到解決方案，是因為看待問題的方式本身就存在偏差。我們將學習如何跳齣固有的框架，從不同的角度審視問題。這可能意味著將一個“技術問題”轉化為一個“用戶體驗問題”，或者將一個“個體行為問題”視為一個“係統性因素影響下的結果”。我們將介紹“六頂思考帽”（Six Thinking Hats）等方法，幫助我們在思考時有意識地切換不同的認知模式。 模式識彆：從海量數據中提取規律。 復雜係統中隱藏的模式是洞察力的源泉。本部分將教授如何訓練自己的“模式感”，去識彆那些重復齣現的序列、周期性的波動、以及關鍵的關聯點。我們將探討一些數據分析的基本原則，以及如何利用可視化技術來揭示數據背後隱藏的模式。例如，通過分析曆史數據，我們可以識彆齣金融市場的周期性繁榮與衰退；通過觀察交通流量，我們可以預測高峰時段的擁堵並提齣緩解措施。 因果鏈與反饋環：理解動態的聯係。 綫性思維認為“A導緻B”，而復雜性思維則強調“A影響B，B又反過來影響A”，並且這種影響可能是正嚮（放大）或負嚮（抑製）的。我們將深入研究“因果迴路圖”（Causal Loop Diagrams）等工具，幫助讀者繪製齣係統內部的因果關係，識彆齣關鍵的反饋機製，從而預測係統的行為。例如，理解消費者信心如何影響消費支齣，進而又如何影響企業生産和就業，最終又反過來影響消費者信心。 模型與模擬：在抽象中預演未來。 復雜係統往往難以直接進行實驗，此時抽象的模型就顯得尤為重要。我們將探討如何構建簡化模型來錶示復雜現實，並通過模擬來探索不同變量的變化會對係統産生何種影響。這不僅局限於計算機模擬，也包括心智模型（mental models）的構建與優化。例如，通過建立流行病傳播模型，我們可以預測疫情發展趨勢，並評估不同乾預措施的效果。 類比與隱喻：跨越學科的靈感。 偉大的洞察力往往來自於將不同領域的知識聯係起來。我們將學習如何運用類比和隱喻，將一個領域的理解遷移到另一個領域，從而産生新的視角和解決方案。例如，將生物體的進化機製應用於商業策略的製定，或者將物理學中的熵增定律理解為信息處理中的挑戰。 第三部分：洞察力的實踐——在科學與工程中的應用 在掌握瞭理論基礎和分析工具後，本部分將聚焦於如何在具體的科學和工程領域中運用洞察力來解決復雜問題。 科學發現中的洞察力。 我們將迴顧曆史上那些顛覆性的科學發現，分析科學傢們是如何在看似雜亂無章的實驗數據或現象中，捕捉到關鍵的靈感，形成新的理論框架。例如，牛頓如何從蘋果落地的現象中悟齣萬有引力定律，愛因斯坦如何通過思想實驗構建相對論。我們將探討在現代科研中，如何利用大數據、人工智能等新技術，輔助科學傢進行模式識彆和假設生成，從而加速科學探索的進程。 工程設計的挑戰與創新。 工程領域是應對復雜性的典型舞颱。本書將分析大型工程項目（如航空航天、核能、通信網絡）的設計、建造和運維中所麵臨的復雜性挑戰，以及如何運用係統工程、可靠性工程等方法來管理這些風險。我們將重點介紹“模塊化設計”（Modular Design）、“冗餘”（Redundancy）等工程原則，以及在分布式係統和網絡化係統中，如何通過“彈性”（Resilience）和“魯棒性”（Robustness）來應對不可預見的故障和變化。 從故障中學習：事後分析與係統改進。 任何復雜的係統都可能發生故障。本書將強調從失敗中學習的重要性，並介紹係統性的事後分析方法（Root Cause Analysis），幫助讀者深入探究故障的根本原因，而不是停留在錶麵的癥狀。我們將討論如何建立有效的反饋機製，將從故障中獲得的經驗教訓轉化為係統改進的動力，從而提升係統的整體性能和安全性。 麵對不確定性：風險評估與適應性規劃。 復雜係統往往具有高度的不確定性。本書將介紹如何進行有效的風險評估，識彆潛在的威脅和脆弱點，並製定相應的應對策略。我們將探討“彈性思維”（Resilient Thinking），即在設計和規劃中，預設係統的適應性，使其能夠在變化和擾動中保持功能，甚至從中受益。 第四部分：超越書本——洞察力的持續培養與終身學習 洞察力並非一蹴而就，而是一個持續學習和自我提升的過程。 保持好奇心與求知欲。 對世界保持永不停歇的好奇心，是培養洞察力的驅動力。我們將鼓勵讀者不斷提問“為什麼”，並主動去尋找答案。 擁抱多元視角與跨界交流。 與不同背景、不同領域的人交流，能夠極大地拓展我們的視野，帶來新的啓示。 實踐齣真知：從小處著手，不斷嘗試。 理論的學習需要通過實踐來檢驗和鞏固。本書將鼓勵讀者將所學到的思維模式和方法，應用到日常工作和生活中，從小問題開始，逐步積纍經驗。 反思與迭代：不斷優化你的思維。 每次經曆，無論是成功還是失敗，都是一次反思和學習的機會。我們將強調定期迴顧自己的思考過程，識彆其中的不足，並不斷優化自己的思維模式。 培養“成長型思維”（Growth Mindset）。 相信自己的能力可以通過努力得到提升，將挑戰視為學習的機會，而不是對自身能力的否定。 本書旨在成為讀者應對復雜世界的“思維夥伴”。它不是提供一套僵化的公式，而是解鎖一套靈活的認知工具。通過本書的學習，你將不再畏懼那些看似無解的難題，而是能夠以一種更深刻、更具策略性的方式去理解它們，最終找到通往清晰與成功的道路。它將幫助你成為一個更敏銳的觀察者，一個更深刻的思考者，以及一個更有效的解決問題者，在科學探索的星辰大海中，在工程建設的宏偉藍圖中，乃至在人生旅途的起伏跌宕中，都能閃耀齣洞察之光。

評分☆☆☆☆☆

我是在一個偶然的機會下接觸到這本書的，當時我正在為一項復雜的項目感到焦慮，感覺自己被大量的技術細節和不確定的因素所睏擾，腦子裏亂糟糟的一團麻。無意中翻閱這本書，它就像一道光，瞬間照亮瞭我前進的方嚮。書中關於“簡化復雜性”的論述，讓我找到瞭突破口。它並不是簡單地要求我們忽略細節，而是提供瞭一種策略，教我們在紛繁的信息中，找到最關鍵的要素，建立起清晰的邏輯框架。我印象最深刻的是關於“非綫性思維”的章節，它打破瞭我以往固有的綫性思維模式，讓我認識到，在很多情況下，原因和結果之間並不是簡單的直綫關係，而是充滿瞭反饋和循環。這種新的視角，讓我能夠更好地理解一些看似反直覺的現象，並且能夠更有效地進行預測和規劃。總的來說，這本書不僅僅是一本關於科學和工程的書，更是一本關於如何更聰明地思考的書。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就充滿瞭科技感和一種深邃的思考，銀灰色的底色搭配著抽象的幾何圖形，似乎在暗示著內容將是關於知識的深度探索。我一直對那些能夠將復雜概念化繁為簡的書籍抱有極大的興趣，總覺得它們像是一把鑰匙，能夠打開我理解世界的新大門。這本書的名字，‘科學與工程中的洞察力：如何把握復雜性’，光是聽著就讓人充滿瞭期待，特彆是‘洞察力’這個詞，它不僅僅是知識的堆積，更是一種智慧的閃光，一種透過現象看本質的能力。我常常在學習一些新的科學或工程知識時，感到無從下手，各種公式、原理、模型交織在一起，讓人眼花繚亂，這時候就特彆渴望有一本能夠提供係統性思路和方法論的書籍，能夠指導我如何去梳理、分析，最終找到問題的核心。我期待這本書能夠提供一些切實可行的方法，幫助我在麵對龐大的信息量和錯綜復雜的問題時，能夠保持清醒的頭腦，找到突破口，而不是被淹沒在信息的海洋裏。而且，‘科學與工程’這兩個領域本身就充滿瞭挑戰性，它們往往需要嚴謹的邏輯和深刻的理解，如果這本書能夠在這兩者之間架起一座橋梁，提供一種跨領域的思考方式，那將是非常寶貴的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的寫作風格非常吸引人，它不像某些學術著作那樣枯燥乏味，而是充滿瞭人文關懷和一種探索的樂趣。作者在講解復雜的科學和工程概念時，並沒有使用過多的專業術語，而是巧妙地運用一些生活中的例子或者曆史故事來輔助說明，這讓整個閱讀過程變得輕鬆而富有啓發性。我特彆欣賞作者在書中提齣的“好奇心驅動”的學習理念，他強調瞭保持對未知世界的好奇是産生洞察力的源泉。這與我一直以來的學習經曆非常契閤，因為我發現，當我真正對某個領域感到好奇時，我就更容易投入時間和精力去深入研究，並且在這種過程中，往往能收獲意想不到的發現。書中對於“迭代式學習”的講解也讓我受益匪淺，它告訴我們，學習和解決問題並非一蹴而就，而是一個不斷嘗試、反思、改進的過程。這種循序漸進的學習方法，能夠有效地降低學習的門檻，並且增強學習的信心。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我最大的感受就是，原來那些看似遙不可及的科學難題和工程奇跡，背後都有著一套可以學習和模仿的思考模式。作者並不是直接羅列大量的科學原理或工程案例，而是著重於“如何思考”這件事。他通過生動的語言和類比，將抽象的“洞察力”具象化，讓我明白，洞察力並非天生的天賦，而是可以通過後天的訓練和方法獲得的。書中對於“復雜性”的解讀也十分到位，它沒有迴避復雜，而是教我如何去擁抱它，甚至是利用它。我尤其喜歡其中關於“係統思維”的部分，以往我習慣於將問題拆解成一個個孤立的部分來分析，但這往往忽略瞭各部分之間的相互作用和整體的湧現特性。這本書讓我意識到，很多時候，真正的理解來自於對整體的把握，來自於看到事物之間的聯係，來自於理解因果鏈條。這種思維方式的轉變，對我日常的工作和學習都有著極大的啓發，讓我能夠更全麵、更深入地看待問題，而不是停留在錶麵。

評分☆☆☆☆☆

我一直認為，真正的知識不僅在於知道“是什麼”，更在於明白“為什麼”以及“如何做”。這本書恰恰滿足瞭我對後者的渴望。它並沒有直接告訴讀者某個科學原理有多麼精妙，或者某個工程項目有多麼宏偉，而是深入到“如何思考”的層麵，挖掘齣産生這些成就的內在邏輯。作者在書中提齣的“模式識彆”能力，對我來說是尤為寶貴的一課。他解釋瞭如何通過觀察和分析，從看似無關的現象中發現隱藏的聯係和重復齣現的規律。這不僅適用於科學研究，也對我們在日常生活中的決策製定非常有幫助。此外，我非常贊同書中關於“跨學科融閤”的觀點。在當今高度專業化的時代，很多重大的突破都來自於不同學科的交叉與融閤。這本書為我提供瞭一個思考如何打破學科壁壘，藉鑒不同領域的思想和方法論的視角，這對於我拓展思維邊界，激發創新靈感具有非常重要的意義。