普通高等教育十一五规划教材:信号与系统

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王玲花 著
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出版社: 机械工业出版社
ISBN:9787111253556
版次:1
商品编码:10469563
品牌:机工出版
包装:平装
开本:16开
出版时间:2009-01-01
用纸:胶版纸
页数:352
正文语种:中文

具体描述

编辑推荐

《普通高等教育十一五规划教材·信号与系统》可作为电子工程、通信、自动化、电气工程及其自动化、计算机类、机电类等相关专业“信号与系统”的本科生教材,也可供从事信息获取、转换、传输和处理、系统设计等领域的研究生、教师和广大科技工作者自学与参考,并可作为相关理工科专业“信号与系统”课程的研究生入学考试参考书。

内容简介

《普通高等教育十一五规划教材·信号与系统》系统讲述了信号与系统的基本概念与理论及其分析方法。全书共分8章,重点讲述了线性时不变系统,主要内容包括连续信号与系统的基本概念及其时域分析法、傅里叶级数分解与傅里叶变换及频域分析法、拉普拉斯变换及复频域分析法、离散信号与系统的基本概念及其时域与频域分析方法,还介绍了信号与系统理论在信号处理和通信方面的基本应用,最后介绍了连续系统与离散系统的状态变量描述方法。每章都配有小结和丰富精炼的例题与习题,并给出典型的MATLAB仿真例题,书后附有部分习题参考答案。

目录

前言
第1章 信号与系统的基本知识
1.1 信号与系统的定义
1.2 信号的分类与基本特性
1.3 典型信号
1.4 信号的基本运算
1.5 信号的分解
1.6 系统的描述及其分类
1.7 线性系统的基本特性及其模拟框图
1.8 信号与系统的分析方法
1.9 MATLAB的有关知识
本章小结
习题

第2章 连续时间系统的时域分析
2.1 微分方程的建立与求解
2.2 零输入响应和零状态响应
2.3 冲激响应和阶跃响应
2.4 卷积及其性质
2.5 卷积积分的图解法
2.6 LTI系统的算子符号表示与传输算子
2.7 利用MATLAB进行系统的时域分析
本章小结
习题

第3章 傅里叶变换分析
3.1 傅里叶变换的产生
3.2 周期信号的傅里叶分析
3.3 周期信号的对称性
3.4 常见周期信号的频谱
3.5 非周期性信号的频谱
3.6 傅里叶变换的性质
3.7 周期信号的傅里叶变换
3.8 抽样定理
3.9 功率频谱与能量频谱
3.1 0系统的频域分析法
3.1 1希尔伯特变换
本章小结
习题

第4章 拉普拉斯变换分析
4.1 拉普拉斯变换
4.2 常见信号的拉普拉斯变换
4.3 拉普拉斯变换的性质
4.4 拉普拉斯逆变换
4.5 拉普拉斯变换与傅里叶变换的关系
4.6 系统函数与频率响应特性
4.7 系统的模拟
本章小结
习题

第5章 离散时间系统的时域分析
5.1 离散时间信号
5.2 离散系统的数学模型
5.3 线性时不变系统的解法
5.4 离散时间系统的单位冲激响应
5.5 离散卷积和
本章小结
习题

第6章 离散信号与系统的z变换域分析
6.1 Z变换
6.2 Z反变换
6.3 Z变换的性质
6.4 Z变换与拉氏变换的关系
6.5 用Z变换求解差分方程
6.6 离散系统函数与系统特性
6.7 离散信号与系统的频域分析
6.8 离散系统的模拟与信号流图
本章小结
习题

第7章 信号与系统理论的应用
7.1 无失真传输概念
7.2 理想滤波器
7.3 模拟滤波器
7.4 数字滤波器
7.5 调制与解调
7.6 频分复用和时分复用
本章小结
习题

第8章 线性系统的状态空间分析法
8.1 状态空间的基本概念
8.2 建立状态空间表达式的方法
8.3 状态空间表达式的解
8.4 状态的能控性和能观性
8.5 离散系统状态方程的建立
8.6 线性定常离散系统的可控性和可观测性
8.7 采样周期对离散化系统可控性和可观测性的影响
本章小结
习题

附录
附录A 矢量与函数的运算与分解比较
附录B 卷积表
附录C 常见信号的傅里叶变换
附录D 傅里叶变换的性质
附录E 常见信号的单边拉普拉斯变换
附录F 单边拉普拉斯变换的性质
附录G 常见信号的双边拉普拉斯变换
附录H 常用函数的Z变换
部分习题答案
参考文献

精彩书摘

第1章 信号与系统的基本知识
1.1 信号与系统的定义
1.1.1 信号的有关概念
大自然中的鸟语花香,玉米的拔节声,雨打树叶的沙沙声,歌声,一封家书,电视广播新闻,医疗与经济信息等等,人类为表达这些感受,以及人们之间的情感交流与生活、工作需求等,所使用的语言、文字、图像、电磁波与数据等,被称为媒体(Media),也称为媒介,即人与人之间实现信息交流的中介,简单地说,就是信息的载体。而通过各种媒体表达的感觉、想法、意见与建议等被称为消息(Message),在消息中包含有一定数量的信息(Information)。
所谓信息,是指存在于客观世界中的一种事物现象,特指消息中有意义的内容。信息和消息密切相关。作为现代科学技术中普遍使用的一个概念,目前尚无统一的定义;作为日常用语,指音信、消息。客观世界中充满各种各样的信息,如上下班的铃声,电信局拍发和接收的电报,书报杂志上刊登的文章,乐曲、五颜六色的图画,色香味俱全的食品等等,一般事物都会发出信息,由此显示出事物之间的不同,从这一角度看,信息是表现事物特征的一种普遍形式。
人类生活在信息的海洋中,并通过信息来认识事物和改造世界。在人类的社会活动过程中,人们为了有效地传播和利用信息,经常需要将信息转换为便于传输、记忆和处理的信号。所谓信号(signal),是“用来传递消息或命令的光、电波、声音、动作等”。也就是说,信号是运载、传递信息的载体与工具,如我国古代用烽火与狼烟报警,婴儿用啼哭表达饥饿或对冷热的感觉,飞机飞过空中时会在雷达荧光屏上出现一个运动着的光点等,这些都是信号的例子。信号一般表现为随时间变化的某种物理量。如飞机的飞行航向、速度、高度等随时间都在变化。根据信号所表示物理量的不同特性,可对信号进行具体的分类。如汽车的喇叭声,船舶与火车的汽笛声等,是声信号;火把、交通红绿灯、信号弹的亮光,光纤通信中的激光等,是光信号;广播、电视及移动电话从空中收到的电磁波,地震波,心电图与脑电图等,是电信号。此外,还有书本上的文字信号,照片上的图像信号,计算机显示器上的图像与文字信号,交通警察的手势信号,军舰使用的旗语信号,室内的湿度信号,水轮发电机组与汽轮发电机组的转动与振动信号,水库的水位与流量信号,锅炉的温度信号等。上述这些信号,虽然它们的物理意义与表现形式不同,但都是表示变化着的物理量,都包含有一定的意义。总之,信号就是载有一定信息的一种变化着的物理量。信号是信息的表现形式,信息则是信号的具体内容。

前言/序言

  随着科学技术的日新月异,信息技术在当今社会中的重要性日渐体现,应用领域迅速拓展。“信号与系统”课程已从电子信息工程类专业的专业基础课扩展成电子信息、电子技术、自动化、电气工程、计算机技术、光电科学、通信工程等众多电类专业的专业基础课,甚至在很多非电专业领域如:信息与计算科学、地球物理学、生物医学工程、动力机械等专业领域内也涉及到这门课。“信号与系统”现已成为众多学科研究生入学考试的一门重要课程,其授课内容也从单一的电系统分析扩展到许多非电系统分析;其应用背景也从单一的通信系统扩展到其他信息处理系统;其后续课程涉及多个领域,如数字信号处理、通信原理、通信电路、图像处理、微波技术、时频分析等。虽然各专业开设这门课的侧重点有所不同,应用背景也有差异,但本课程依然保留了两种系统(连续和离散时间系统)、两类方法(时域和频域分析法)、三大变换(傅里叶变换、拉普拉斯变换和Z变换)的教学体系。
  本书是由从事“信号与系统”课程教学多年的教师针对学生认知的特点,结合教学实践编撰而成的。本书系统论述了信号与系统的基本概念、基本理论和基本分析方法,重点讲述信号与系统分析、处理的基本原理与方法。全书共分8章,第1章介绍信号和系统的基本知识;第2章讲述连续时间系统的时域分析;第3章讲述傅里叶变换分析;第4章讲述拉普拉斯变换分析;第5章讲述离散时间系统的时域分析;第6章讲述离散信号与系统的Z变换域分析;第7章讲述信号与系统理论的应用;第8章讲述线性系统的状态空间分析法。
  本书内容精炼,深入浅出,适当弱化电路分析方面的内容,侧重对信号与系统的分析,便于学生掌握本课程的核心内容。采用理论分析与实际应用相结合的方法,将信号分析与系统分析有机地融为一体。既给出了基本原理的数学推导过程,又通过大量的实例使学生对信号与系统分析的一般方法有一个直观的认识,能够将数学的推导过程与实际的信号、系统处理方法相结合,从而在提高读者应用技能的同时,为后续相关课程的学习打下坚实的基础。本书总体结构上采用先连续后离散的顺序,通过对比两者的异同,加深读者对“连续”与“离散”概念及其特性的正确理解。针对本课程理论性强的特点,为解决“解题难”问题,本书给出了大量的例题分析方法和解题技巧,用以开拓思路,进一步加深对基本概念和基本理论的理解。在各章之后还给出小结,并附有类型各异、不同深度的典型习题,供读者练习。针对本课程应用性较强的特点,为培养学生的实践能力,在介绍重要原理与分析方法之后给出了一定的MATLAB仿真程序,并对重点语句的功能与作用给出了注释,使学生不用专门学习NATLAB,就可很快编程上机练习,具有较强的实用性。
  “信号与系统”是一门开放性的基础课,该课程涉及到一些数学和电类课程,如高等数学、线性代数等,读者宜先期学习上述知识。本书每一部分内容都可根据专业需要深化和扩展。如频谱分析可扩展到通信理论的内容;傅里叶变换可扩展到时频分析的内容;离散信号的Z变换域分析可扩展到数字信号处理的内容;复频域分析可扩展到网络综合的内容;状态空间分析可扩展到状态控制的内容等。为了适合不同学科的教学,全书难度选取适中,内容覆盖面较广,既有利于授课教师灵活选材,也为读者自学提供了较好的条件,任课教师可根据自己专业特点和学时灵活授课。这里推荐两套方案:讲述第1~4、7章(适合48学时);讲述所有章节(适合64学时以上)。
  本书由华北水利水电学院王玲花任主编,孙美凤任副主编。第1章、第8章8.1、8.2节由王玲花执笔,第2章、第5章由孙美凤执笔,第6章、第3章3.9节、第8章8.5~8.7节由玉继东执笔,第4章及附录与习题答案由徐俊红执笔,第3章3.1~3.8节由蒋礼执笔,第3章3.10和3.11节、第7章由姚淑霞执笔,第8章8.3、8.4节由徐燕执笔。郑州大学张瑞金教授对全书内容进行了认真的审核,在此表示衷心的感谢。此外,本书还参阅了国内外大量著作与文献资料,在此表示衷心的感谢。
  由于编者水平有限,书中难免有错误和不当之处,欢迎使用本书的广大师生及其他读者给予指正。
《信号与系统:理论、分析与应用》 内容简介 本书是一本深入探讨信号与系统核心概念、分析方法以及实际应用的全方位教材。它旨在为读者构建坚实的理论基础,掌握先进的分析工具,并深刻理解信号与系统在现代科技领域的广泛影响力。全书结构清晰,逻辑严谨,内容丰富,由浅入深,既适合作为高等院校电子信息工程、通信工程、自动化、计算机科学与技术等相关专业本科生和研究生的入门教材,也可供从事相关领域工作的工程师和研究人员参考。 第一部分:基础概念与信号的表示 本书的开篇从最基础的信号概念入手,为读者勾勒出信号的本质及其多样性。我们将详细介绍各种类型的信号,包括连续时间信号与离散时间信号,周期信号与非周期信号,能量信号与功率信号,奇信号与偶信号,复指数信号等。通过严谨的数学定义和丰富的实例,读者将能准确理解这些信号的特性。 信号的定义与分类:我们将从物理现象出发,阐述信号作为信息载体的基本含义。重点区分连续时间信号(如声音、模拟电压)和离散时间信号(如数字音频、采样数据),并探讨它们之间的转换关系(采样与恢复)。 重要信号的数学描述:本书将详细介绍几种在信号分析中极为重要的基本信号,如单位冲激信号(Dirac Delta Function)和单位阶跃信号(Heaviside Step Function)。我们会深入探讨它们的定义、性质以及在系统分析中的作用,例如它们如何作为测试信号来表征系统的瞬时响应。 信号的运算与变换:掌握信号的基本运算是后续分析的基础。我们将系统讲解信号的加法、乘法、标量乘法、翻转、时移、尺度变换等基本运算,并辅以大量的图形示例。此外,还会介绍傅里叶级数、傅里叶变换等重要变换,揭示信号在频域的特性,这是理解系统频率响应的关键。 能量与功率的计算:能量信号和功率信号的区分对于理解信号的性质至关重要。本书将提供计算信号能量和功率的精确公式,并讨论如何在不同类型的信号中应用这些公式。 第二部分:系统的定义、性质与表示 在理解了信号的本质后,本书将转向分析“系统”——处理信号的实体。我们将从系统的基本定义出发,深入探讨各种系统的特性,以及如何用数学模型来描述和表示它们。 系统的定义与分类:我们将把系统定义为对输入信号进行处理并产生输出信号的变换。重点区分因果系统(输出仅依赖于当前和过去的输入)与非因果系统,线性系统与非线性系统,时不变系统与时变系统,稳定系统与不稳定系统。 系统的基本性质:本书将详细阐述线性、时不变性(LTI)这两个在信号与系统分析中最为重要的性质。我们将证明,对于LTI系统,其输出完全由其零输入响应(自由响应)和零状态响应(强制响应)决定。我们将深入探讨稳定性、因果性等性质对系统行为的影响。 系统的数学模型:为了定量分析系统,我们需要建立其数学模型。本书将介绍两种主要的系统表示方法: 差分方程(离散时间系统)与微分方程(连续时间系统):我们将通过具体的例子,演示如何将物理系统的动态行为转化为一阶、二阶甚至高阶的线性常系数差分方程或微分方程。我们将讲解如何求解这些方程,并理解方程系数与系统特性之间的关系。 单位冲激响应(Impulse Response):对于LTI系统,单位冲激响应 $h(t)$(连续时间)或 $h[n]$(离散时间)是描述系统行为的终极数学工具。本书将详细推导并证明,对于LTI系统,其输出信号 $y(t)$(或 $y[n]$)是输入信号 $x(t)$(或 $x[n]$)与系统单位冲激响应 $h(t)$(或 $h[n]$)的卷积。我们将花费大量篇幅讲解卷积的计算方法,包括图解法和解析法,并强调卷积在系统分析中的核心地位。 第三部分:系统分析的变换域方法 卷积在时域的计算往往较为复杂,为了简化分析,本书将引入强大的变换域分析工具。 傅里叶变换及其应用:本书将系统回顾和深化傅里叶级数与傅里叶变换的理论。我们将重点介绍傅里叶变换的各种性质,如线性、时移、尺度变换、微分、积分、卷积定理等,并展示如何利用这些性质来简化信号和系统的分析。我们将深入探讨傅里叶变换在频域分析中的作用,理解系统对不同频率成分信号的放大或衰减作用(即频率响应)。 拉普拉斯变换及其应用:对于不满足傅里叶变换收敛条件的信号和系统,拉普拉斯变换提供了一个更通用的分析工具。我们将介绍双边拉普拉斯变换和单边拉普拉斯变换,及其收敛域(ROC)的概念。我们将详细推导拉普拉斯变换的性质,特别是微分、积分、卷积定理,以及它们在求解微分方程和分析系统稳定性方面的优势。本书还将讲解如何利用拉普拉斯变换分析零输入响应和零状态响应。 Z变换及其应用:对于离散时间系统,Z变换是与拉普拉斯变换相对应的强大分析工具。我们将介绍Z变换的定义、收敛域(ROC)以及基本性质。我们将重点关注Z变换在求解差分方程、分析系统稳定性、理解离散系统频率响应等方面的应用。 第四部分:现代信号处理与应用 本书的最后部分将超越基础理论,将信号与系统的知识应用于更广泛的领域,并介绍一些现代信号处理技术。 滤波器设计与分析:我们将介绍理想滤波器(低通、高通、带通、带阻)的概念,并讨论如何使用傅里叶变换和拉普拉斯/Z变换来分析滤波器的频率响应。我们将初步探讨实际滤波器的设计原则,例如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器等,以及它们在信号去噪、信号分离等实际问题中的应用。 采样定理与信号重建:本书将详细阐述奈奎斯特-香农采样定理,解释采样率对信号重建精度的影响。我们将介绍理想采样、脉冲采样、阶梯采样等不同采样方式,并讲解如何通过插值技术来恢复原始连续信号。 应用实例:为了巩固理论知识,本书将穿插介绍信号与系统在各个领域的应用,例如: 通信系统:讲解调制解调、信道编码、多路复用等基本概念,以及它们如何利用信号与系统的原理实现信息的可靠传输。 控制系统:展示如何使用信号与系统的概念来分析和设计自动控制系统,如反馈控制、稳定性分析等。 图像处理:介绍图像的信号表示,以及傅里叶变换、卷积等操作在图像滤波、边缘检测等方面的应用。 音频处理:讨论音频信号的特性,以及均衡器、混响器等音频效果的实现原理。 生物医学信号:简要介绍心电图(ECG)、脑电图(EEG)等信号的特点,以及信号处理技术在医学诊断中的作用。 学习建议 本书在内容编排上力求循序渐进,但对数学基础(微积分、线性代数)有一定的要求。建议读者在学习过程中,勤于思考,多做习题,并尝试将理论知识与实际问题联系起来。书中包含大量的例题和习题,它们不仅是检验学习成果的工具,也是深化理解的途径。我们鼓励读者利用仿真工具(如MATLAB、Python等)来验证理论分析的结果,加深对信号与系统行为的直观认识。 总结 《信号与系统:理论、分析与应用》旨在为读者提供一个全面、深入的信号与系统学习体验。通过掌握本书所涵盖的知识,读者将能够理解和分析各种信号的行为,设计和评估信号处理系统,并为进一步深入学习和研究相关领域打下坚实的基础。本书相信,信号与系统作为一门基础而重要的学科,其知识体系将持续为现代科技的发展提供源源不断的动力。

用户评价

评分

作为一名即将毕业的电子信息工程专业的学生,回过头来看这本《信号与系统》,只能说它是一本“规规矩矩”的教材。它遵循了典型的理论教学模式,从基本概念讲起,逐步引入各种变换和系统分析方法。书中的内容覆盖了最基础的离散时间信号和系统、连续时间信号和系统,以及傅里叶级数、傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换等关键工具。每一个公式的推导都相对详细,每一个定理的证明也都有迹可循。我尤其欣赏书中在介绍各种变换时,会给出其物理意义的解释,比如傅里叶变换如何揭示信号的频率成分,拉普拉斯变换如何处理不稳定系统等。这些解释对于初学者来说至关重要,能帮助我们避免仅仅停留在符号操作层面。然而,这本书的“严谨”有时也带来了一定的“枯燥”。在学习过程中,我常常会觉得缺少一些能够激发思考和探索的“火花”。比如,书中对一些高级应用,如数字滤波器的设计原理、通信系统中的信号调制解调等,虽然有提及,但往往点到为止,不够深入。如果能在这些方面增加更多章节,或者提供一些更具启发性的案例研究,相信这本书的实用性和吸引力会大大提升。但就其作为一本基础理论教材而言,它的内容是完整且扎实的。

评分

这本《信号与系统》教材,给我留下了深刻的印象,它的深度和广度都让我感到佩服。书中所包含的数学工具非常强大,无论是连续时间还是离散时间系统,都能在它的框架下得到很好的分析。从傅里叶级数和变换,到拉普拉斯变换和Z变换,这些都是理解信号处理和系统分析的基石。书中对这些变换的推导过程非常清晰,能够帮助读者理解其数学本质。特别是对系统响应的分析,如瞬态响应和稳态响应,以及稳定性判据,都讲解得非常到位。让我印象深刻的是,书中在介绍各种变换时,都尽可能地给出了其在物理世界中的对应意义,这让原本抽象的数学概念变得更加具体和生动。例如,傅里叶变换揭示了信号的频谱特性,这在通信和音频处理领域至关重要。然而,对于本书的某些部分,我还是觉得可以再优化一下。比如,在介绍状态空间法的时候,如果能增加一些实际控制系统的例子,来展示其如何应用于更复杂的系统,那将非常有益。总体而言,这本书是一本非常扎实、全面的信号与系统教材,为我打下了坚实的理论基础,是我在学习这条道路上的重要指引。

评分

这本《信号与系统》给我最直观的感受就是“厚重”和“系统”。从目录就可以看出,其内容覆盖面非常广,从最基本的信号分类、系统性质,到四大变换(傅里叶、拉普拉斯、Z变换、离散傅里叶变换),再到系统稳定性、频率响应、状态空间分析等等,几乎涵盖了信号与系统这门学科的方方面面。编写者在组织内容时,逻辑性非常强,章节之间的过渡自然流畅,能够引导读者一步步深入理解。我在学习过程中,最喜欢的部分是书中对“系统”这个概念的深入剖析,它从线性、时不变、因果性等方面层层递进,帮助我建立起对各种系统行为的认知。特别是当学习到卷积定理时,那种将两个信号的“影响”融合在一起的奇妙感觉,通过书中的图示和公式,得到了非常清晰的展示。当然,不可否认的是,本书的难度是不低的。对于一些数学功底稍弱的同学来说,理解其中的一些积分运算和复变函数运算可能会有些吃力。我个人建议,在学习过程中,一定要配合大量的练习题,并且多查阅一些相关的参考资料,这样才能真正掌握其中的精髓。总的来说,这是一本可以作为“工具书”和“入门指南”的优秀教材。

评分

坦白说,拿到《信号与系统》这本教材的时候,我有点“望书兴叹”。封面上的“普通高等教育十一五规划教材”字样,就透着一股官方、严谨的意味,预示着内容不会过于轻松。翻开书页,果然是满满的数学公式和理论推导。书中对于各种信号的定义,比如冲激信号、阶跃信号,以及周期信号、非周期信号的分解,都做了非常详尽的描述。而对于系统的分析,线性时不变系统(LTI)是绝对的核心,书中花了大量篇幅来讲解其性质,以及如何通过时域和频域的方法来分析。我特别欣赏书中在讲解傅里叶变换时,给出的不同形式的傅里叶变换,以及它们之间的联系。这就像剥洋葱一样,一层层地揭示了信号的内在结构。但是,这本书在概念的引入上,我认为可以更加“人性化”一些。有时候,它直接抛出数学定义和公式,让我们这些初学者去理解,缺乏一个循序渐进的引导过程。我常常需要结合网上的讲解视频,才能更好地理解书中的某些抽象概念。此外,书中关于“卷积”的讲解,虽然理论上非常严谨,但其直观性稍显不足,如果能多一些实际的工程例子来佐证,会更能加深我们的理解。

评分

这本《信号与系统》的教材,确实是伴随我度过一段艰辛学习时光的“战友”。当初拿到这本厚厚的书,心中是既期待又有些畏惧。期待的是书中蕴含的那些抽象的概念和精妙的理论,希望能够打开我理解信号世界的大门;畏惧的是,据闻它是一门“劝退”课程,难度不小。然而,当我真正沉浸其中,细细研读时,我发现编写者在尽量地将复杂的数学语言转化为相对易懂的描述。书中对傅里叶变换、拉普拉斯变换等核心概念的阐述,虽然初次接触时仍然需要反复咀嚼,但通过大量的图示和例子,以及逐步深入的推导过程,逐渐让我从“只知其然”慢慢走向“知其所以然”。印象最深的是书中关于卷积运算的部分,它将两个信号“混合”产生新信号的直观感受,通过数学公式和图形的结合,得到了深刻的理解。尽管如此,书中个别章节在解释某些高级主题时,我认为可以再多一些工程应用背景的引入,这样会更方便我们这些初学者将理论与实际联系起来,不至于感到过于“悬空”。总的来说,它是一本扎实的教材,为我打下了坚实的信号与系统基础,让我对这个领域产生了浓厚的兴趣,并为我后续的学习提供了宝贵的财富。

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