科学与工程中的洞察力：如何把握复杂性 9787547835975 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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出版社： 上海科学技术出版社

ISBN：9787547835975

商品编码：29623180879

包装：平装-胶订

出版时间：2017-08-01

基本信息

书名：科学与工程中的洞察力：如何把握复杂性

定价：78.00元

作者：{美] 桑乔伊·马哈詹 潘子欣,徐建军

出版社：上海科学技术出版社

出版日期：2017-08-01

ISBN：9787547835975

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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世界是复杂的。能让我们更好把握世界，避免被淹没在复杂泥潭中的是日积月累培养出的洞察力。本书将告诉你如何优化自己的思考模式，构建自己的洞察力。
全书围绕思考方法设计。在每一章，通过大量生动的案例教会你一种构建洞察力、把握复杂性的方法工具。工具比案例本身更一般，更有用，你所学的思考工具将适用于各领域以及生活的各个方面。尝试本书介绍的思考方法吧，你会发现世界竟如此统一与和谐。世界原本简洁。

内容提要

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科学与工程被认为是关于准确性及性的学问。然而，能让我们更好把握世界复杂性的却是洞察力。《科学与工程中的洞察力》围绕如何培养、优化思考方式而设计。全书分为3大部分。部分告诉你什么是复杂性，如何把你所面对的复杂世界“整理”得简洁、有条理。在此部分，你将学习到“分而治之法”和“抽象”两件工具，来帮助你梳理复杂世界。第2部分教你如何在不损失信息的前提下，把不必要的复杂性舍弃。你将学习到另外3种工具：“寻找不变量”、“正比分析”、“量纲分析”。当面对更复杂的问题，以至于我们已经掌握的方法都无能为力时，我们必须做出“牺牲”——舍弃一部分信息，这便是第3部分的内容：如何在舍弃信息的情况下对问题做出更好地估计。“团块化”和“概率分析”这两种工具将力助你做到这一点。

目录

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序
篇 组织复杂性
章 分而治之法
1．1 热身
1．2 铁路与公路
1．3 树图
1．4 需求估算
1．5 对同一个量用多种方法进行估算
1．6 与直觉对话
1．7 物理估算
1．8 小结和进一步的问题
第2章 抽象
2．1 燃烧碳氢化合物释放的能量
2．2 扔硬币游戏
2．3 抽象的目的
2．4 类比
2．5 小结及进一步的问题

第二篇 忽略复杂性且无信息丢失
第3章 对称性与守恒
3．1 不变量
3．2 从不变性到对称操作
3．3 物理对称
3．4 黑箱模型与守恒量
3．5 能量守恒与阻力
3．6 飞行
3．7 小结及进一步的问题
第4章 正比分析
4．1 人口标度
4．2 找出标度指数
4．3 流体力学中的标度指数
4．4 数学中的标度指数
4．5 二维中的对数标度
4．6 优化飞行速度
4．7 小结及进一步的问题
第5章 量纲
5．1 无量纲量
5．2 一个独立的无量纲量
5．3 更多的无量纲量
5．4 温度和电荷
5．5 原子，分子和材料
5．6 小结和进一步的问题
第三篇忽略复杂性时有信息丢失
第6章 团块化
6．1 近似！
6．2 对数标度的取整
6．3 典型值或特征值
6．4 将团块化用于形状
6．5 量子力学
6．6 小结及进一步的问题
第7章 概率分析
7．1 作为可信度的概率：贝叶斯概率
7．2 合理的范围：为何分而治之法有效
7．3 无规行走：黏滞性与热流
7．4 无规行走的输运
7．5 小结和进一步的问题
第8章 简单案例
8．1 热身
8．2 两区域
8．3 三区域
8．4 两个无量纲量
8．5 小结及进一步的问题
第9章 弹簧模型
9．1 键弹簧
9．2 能量分析
9．3 产生声，光及引力辐射
9．4 辐射的效应：蓝天与红日
9．5 小结及进一步的问题

后的话：长期持久的学习
参考文献
索引

作者介绍

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桑乔伊?马哈詹（Sanjoy Mahajan）：斯坦福大学物理学学士，剑桥大学数学学士，加州理工学院物理学博士，曾任教于麻省理工学院、剑桥大学、欧林工程学院等。多年以来，在多所高校致力于科学课程的教学设计与改革。在麻省理工学院开设广受好评的公开课“科学与工程中的近似艺术”。

徐建军：复旦大学物理系教师，长期从事理论物理的科研与教学工作，著有《物理学中的群论基础》及译作《不论——科学的极限与极限的科学》等。

潘子欣：复旦大学经济学院学生。

文摘

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序言

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洞察之光，破译繁复：一本关于思维模式与解决之道的手册 在当今世界，我们被前所未有的信息洪流所裹挟，被层出不穷的挑战所包围。从错综复杂的全球经济到精密无比的生物系统，从浩瀚无垠的宇宙奥秘到微观粒子间的微妙互动，复杂性无处不在，渗透在我们生活的方方面面。理解并驾驭这种复杂性，已不再是少数专业人士的专属技能，而是每个人在这个时代生存与发展的必备素质。本书并非一本浅尝辄止的科普读物，也不是故弄玄虚的哲学探讨，而是一本致力于提供实用工具与深刻洞见的指南，旨在帮助读者以一种全新的视角去审视和应对复杂问题。它将引领你踏上一段思维的旅程，学习如何穿透现象的迷雾，直抵事物的本质，从而在科学探索、工程实践、乃至日常生活中的各种挑战中，找到清晰的路径与有效的解决方案。 本书的核心在于“洞察力”。它并非凭空而来的灵感闪现，而是通过系统性的训练、深刻的观察和严谨的分析，逐步培养起来的一种高级认知能力。这种能力使我们能够识别出隐藏在表面混乱之下的模式，理解不同要素之间的相互联系与影响，预测事物发展的潜在趋势，并在不确定性中做出明智的决策。书中将深入剖析洞察力是如何孕育的，以及它在应对复杂性时所扮演的关键角色。我们会探讨那些伟大的科学家和工程师们，是如何凭借敏锐的洞察力，一次次地突破认知边界，解决看似无解的难题。 第一部分：洞察力的基石——理解复杂性的本质 要培养洞察力，首先需要对复杂性有一个深刻的理解。本部分将从多个维度剖析复杂性的内涵。 何谓复杂性？ 我们将区分“复杂”与“混乱”，阐明复杂系统并非随机无序，而是遵循特定的规则和动态。我们将介绍复杂系统的一些基本特征，如涌现性（emergent properties）、非线性（non-linearity）、反馈循环（feedback loops）、自组织（self-organization）等。例如，一只鸟的飞行轨迹看似随机，但一群鸟的集群行为却能展现出惊人的协调与秩序；一个细胞的功能并非由单个蛋白质决定，而是由无数分子相互作用的复杂网络所产生。 复杂性在我们周围。 本部分将通过大量贴近现实的案例，展示复杂性是如何渗透到各个领域的。在科学领域，我们将看到气候变化的复杂模型，基因组学研究的庞大数据，以及天体物理学中宇宙大尺度结构的形成。在工程领域，我们将审视大型基础设施项目（如桥梁、航空母舰）的设计与建造所涉及的众多相互依赖的子系统；探讨软件开发中日益增长的代码规模和团队协作的挑战；分析城市交通系统的动态平衡与拥堵成因。在社会科学领域，我们将讨论经济周期的波动、流行病的传播模式、以及信息传播的网络效应。 为何如此难以把握？ 传统线性思维的局限性将得到充分揭示。我们习惯于寻找单一原因和直接结果，但在复杂系统中，原因与结果往往是相互交织、相互影响的，且存在延迟效应。我们将探讨“系统思维”（Systems Thinking）的必要性，它是一种认识和分析事物整体性、相互关联性和动态过程的思维方式，与传统的还原论（reductionism）形成鲜明对比。 第二部分：洞察力的工具箱——思维模式与分析方法 理解了复杂性的本质，接下来便是掌握培养和运用洞察力的具体工具。本部分将聚焦于一系列经过实践检验的思维模式和分析方法。 重构问题：视角转换的力量。 许多时候，我们之所以无法找到解决方案，是因为看待问题的方式本身就存在偏差。我们将学习如何跳出固有的框架，从不同的角度审视问题。这可能意味着将一个“技术问题”转化为一个“用户体验问题”，或者将一个“个体行为问题”视为一个“系统性因素影响下的结果”。我们将介绍“六顶思考帽”（Six Thinking Hats）等方法，帮助我们在思考时有意识地切换不同的认知模式。 模式识别：从海量数据中提取规律。 复杂系统中隐藏的模式是洞察力的源泉。本部分将教授如何训练自己的“模式感”，去识别那些重复出现的序列、周期性的波动、以及关键的关联点。我们将探讨一些数据分析的基本原则，以及如何利用可视化技术来揭示数据背后隐藏的模式。例如，通过分析历史数据，我们可以识别出金融市场的周期性繁荣与衰退；通过观察交通流量，我们可以预测高峰时段的拥堵并提出缓解措施。 因果链与反馈环：理解动态的联系。 线性思维认为“A导致B”，而复杂性思维则强调“A影响B，B又反过来影响A”，并且这种影响可能是正向（放大）或负向（抑制）的。我们将深入研究“因果回路图”（Causal Loop Diagrams）等工具，帮助读者绘制出系统内部的因果关系，识别出关键的反馈机制，从而预测系统的行为。例如，理解消费者信心如何影响消费支出，进而又如何影响企业生产和就业，最终又反过来影响消费者信心。 模型与模拟：在抽象中预演未来。 复杂系统往往难以直接进行实验，此时抽象的模型就显得尤为重要。我们将探讨如何构建简化模型来表示复杂现实，并通过模拟来探索不同变量的变化会对系统产生何种影响。这不仅局限于计算机模拟，也包括心智模型（mental models）的构建与优化。例如，通过建立流行病传播模型，我们可以预测疫情发展趋势，并评估不同干预措施的效果。 类比与隐喻：跨越学科的灵感。 伟大的洞察力往往来自于将不同领域的知识联系起来。我们将学习如何运用类比和隐喻，将一个领域的理解迁移到另一个领域，从而产生新的视角和解决方案。例如，将生物体的进化机制应用于商业策略的制定，或者将物理学中的熵增定律理解为信息处理中的挑战。 第三部分：洞察力的实践——在科学与工程中的应用 在掌握了理论基础和分析工具后，本部分将聚焦于如何在具体的科学和工程领域中运用洞察力来解决复杂问题。 科学发现中的洞察力。 我们将回顾历史上那些颠覆性的科学发现，分析科学家们是如何在看似杂乱无章的实验数据或现象中，捕捉到关键的灵感，形成新的理论框架。例如，牛顿如何从苹果落地的现象中悟出万有引力定律，爱因斯坦如何通过思想实验构建相对论。我们将探讨在现代科研中，如何利用大数据、人工智能等新技术，辅助科学家进行模式识别和假设生成，从而加速科学探索的进程。 工程设计的挑战与创新。 工程领域是应对复杂性的典型舞台。本书将分析大型工程项目（如航空航天、核能、通信网络）的设计、建造和运维中所面临的复杂性挑战，以及如何运用系统工程、可靠性工程等方法来管理这些风险。我们将重点介绍“模块化设计”（Modular Design）、“冗余”（Redundancy）等工程原则，以及在分布式系统和网络化系统中，如何通过“弹性”（Resilience）和“鲁棒性”（Robustness）来应对不可预见的故障和变化。 从故障中学习：事后分析与系统改进。 任何复杂的系统都可能发生故障。本书将强调从失败中学习的重要性，并介绍系统性的事后分析方法（Root Cause Analysis），帮助读者深入探究故障的根本原因，而不是停留在表面的症状。我们将讨论如何建立有效的反馈机制，将从故障中获得的经验教训转化为系统改进的动力，从而提升系统的整体性能和安全性。 面对不确定性：风险评估与适应性规划。 复杂系统往往具有高度的不确定性。本书将介绍如何进行有效的风险评估，识别潜在的威胁和脆弱点，并制定相应的应对策略。我们将探讨“弹性思维”（Resilient Thinking），即在设计和规划中，预设系统的适应性，使其能够在变化和扰动中保持功能，甚至从中受益。 第四部分：超越书本——洞察力的持续培养与终身学习 洞察力并非一蹴而就，而是一个持续学习和自我提升的过程。 保持好奇心与求知欲。 对世界保持永不停歇的好奇心，是培养洞察力的驱动力。我们将鼓励读者不断提问“为什么”，并主动去寻找答案。 拥抱多元视角与跨界交流。 与不同背景、不同领域的人交流，能够极大地拓展我们的视野，带来新的启示。 实践出真知：从小处着手，不断尝试。 理论的学习需要通过实践来检验和巩固。本书将鼓励读者将所学到的思维模式和方法，应用到日常工作和生活中，从小问题开始，逐步积累经验。 反思与迭代：不断优化你的思维。 每次经历，无论是成功还是失败，都是一次反思和学习的机会。我们将强调定期回顾自己的思考过程，识别其中的不足，并不断优化自己的思维模式。 培养“成长型思维”（Growth Mindset）。 相信自己的能力可以通过努力得到提升，将挑战视为学习的机会，而不是对自身能力的否定。 本书旨在成为读者应对复杂世界的“思维伙伴”。它不是提供一套僵化的公式，而是解锁一套灵活的认知工具。通过本书的学习，你将不再畏惧那些看似无解的难题，而是能够以一种更深刻、更具策略性的方式去理解它们，最终找到通往清晰与成功的道路。它将帮助你成为一个更敏锐的观察者，一个更深刻的思考者，以及一个更有效的解决问题者，在科学探索的星辰大海中，在工程建设的宏伟蓝图中，乃至在人生旅途的起伏跌宕中，都能闪耀出洞察之光。

评分☆☆☆☆☆

这本书的写作风格非常吸引人，它不像某些学术著作那样枯燥乏味，而是充满了人文关怀和一种探索的乐趣。作者在讲解复杂的科学和工程概念时，并没有使用过多的专业术语，而是巧妙地运用一些生活中的例子或者历史故事来辅助说明，这让整个阅读过程变得轻松而富有启发性。我特别欣赏作者在书中提出的“好奇心驱动”的学习理念，他强调了保持对未知世界的好奇是产生洞察力的源泉。这与我一直以来的学习经历非常契合，因为我发现，当我真正对某个领域感到好奇时，我就更容易投入时间和精力去深入研究，并且在这种过程中，往往能收获意想不到的发现。书中对于“迭代式学习”的讲解也让我受益匪浅，它告诉我们，学习和解决问题并非一蹴而就，而是一个不断尝试、反思、改进的过程。这种循序渐进的学习方法，能够有效地降低学习的门槛，并且增强学习的信心。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受就是，原来那些看似遥不可及的科学难题和工程奇迹，背后都有着一套可以学习和模仿的思考模式。作者并不是直接罗列大量的科学原理或工程案例，而是着重于“如何思考”这件事。他通过生动的语言和类比，将抽象的“洞察力”具象化，让我明白，洞察力并非天生的天赋，而是可以通过后天的训练和方法获得的。书中对于“复杂性”的解读也十分到位，它没有回避复杂，而是教我如何去拥抱它，甚至是利用它。我尤其喜欢其中关于“系统思维”的部分，以往我习惯于将问题拆解成一个个孤立的部分来分析，但这往往忽略了各部分之间的相互作用和整体的涌现特性。这本书让我意识到，很多时候，真正的理解来自于对整体的把握，来自于看到事物之间的联系，来自于理解因果链条。这种思维方式的转变，对我日常的工作和学习都有着极大的启发，让我能够更全面、更深入地看待问题，而不是停留在表面。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，真正的知识不仅在于知道“是什么”，更在于明白“为什么”以及“如何做”。这本书恰恰满足了我对后者的渴望。它并没有直接告诉读者某个科学原理有多么精妙，或者某个工程项目有多么宏伟，而是深入到“如何思考”的层面，挖掘出产生这些成就的内在逻辑。作者在书中提出的“模式识别”能力，对我来说是尤为宝贵的一课。他解释了如何通过观察和分析，从看似无关的现象中发现隐藏的联系和重复出现的规律。这不仅适用于科学研究，也对我们在日常生活中的决策制定非常有帮助。此外，我非常赞同书中关于“跨学科融合”的观点。在当今高度专业化的时代，很多重大的突破都来自于不同学科的交叉与融合。这本书为我提供了一个思考如何打破学科壁垒，借鉴不同领域的思想和方法论的视角，这对于我拓展思维边界，激发创新灵感具有非常重要的意义。

评分☆☆☆☆☆

我是在一个偶然的机会下接触到这本书的，当时我正在为一项复杂的项目感到焦虑，感觉自己被大量的技术细节和不确定的因素所困扰，脑子里乱糟糟的一团麻。无意中翻阅这本书，它就像一道光，瞬间照亮了我前进的方向。书中关于“简化复杂性”的论述，让我找到了突破口。它并不是简单地要求我们忽略细节，而是提供了一种策略，教我们在纷繁的信息中，找到最关键的要素，建立起清晰的逻辑框架。我印象最深刻的是关于“非线性思维”的章节，它打破了我以往固有的线性思维模式，让我认识到，在很多情况下，原因和结果之间并不是简单的直线关系，而是充满了反馈和循环。这种新的视角，让我能够更好地理解一些看似反直觉的现象，并且能够更有效地进行预测和规划。总的来说，这本书不仅仅是一本关于科学和工程的书，更是一本关于如何更聪明地思考的书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计就充满了科技感和一种深邃的思考，银灰色的底色搭配着抽象的几何图形，似乎在暗示着内容将是关于知识的深度探索。我一直对那些能够将复杂概念化繁为简的书籍抱有极大的兴趣，总觉得它们像是一把钥匙，能够打开我理解世界的新大门。这本书的名字，‘科学与工程中的洞察力：如何把握复杂性’，光是听着就让人充满了期待，特别是‘洞察力’这个词，它不仅仅是知识的堆积，更是一种智慧的闪光，一种透过现象看本质的能力。我常常在学习一些新的科学或工程知识时，感到无从下手，各种公式、原理、模型交织在一起，让人眼花缭乱，这时候就特别渴望有一本能够提供系统性思路和方法论的书籍，能够指导我如何去梳理、分析，最终找到问题的核心。我期待这本书能够提供一些切实可行的方法，帮助我在面对庞大的信息量和错综复杂的问题时，能够保持清醒的头脑，找到突破口，而不是被淹没在信息的海洋里。而且，‘科学与工程’这两个领域本身就充满了挑战性，它们往往需要严谨的逻辑和深刻的理解，如果这本书能够在这两者之间架起一座桥梁，提供一种跨领域的思考方式，那将是非常宝贵的。