本書以計算軟件MATLAB為編程語言，通過實例講解了計算物理基礎(chǔ)知識，如數(shù)據(jù)擬合、數(shù)值微積分、解常微分方程與偏微分方程、蒙特卡洛方法等。
自從□004年教育部物理學(xué)與天文學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會建議開設(shè)本科生必修基礎(chǔ)課“計算物理基礎(chǔ)”以來，我們積極地響應(yīng)并付諸實踐。此前，我們已經(jīng)為研究生開設(shè)了計算物理課，并有一些本科生旁聽該門課程。在此基礎(chǔ)上，通過檢索國外大學(xué)相同課程的教學(xué)內(nèi)容與教材，參照教學(xué)指導(dǎo)委員會提出的《計算物理基礎(chǔ)課程教學(xué)規(guī)范》，經(jīng)過數(shù)年教學(xué)與教改的實踐，編寫了這本教材。期間我們還出版了《理論力學(xué)計算機模擬》和《數(shù)學(xué)物理方程的MATLAB解法與可視化》兩本書，我們的教改成果曾獲□005年□□□教學(xué)成果二等獎等多種獎項，“計算物理基礎(chǔ)”也被評為國家精品課。這幾本書記錄了我們的教改實踐，是師生互教互學(xué)，能者為師，共同提高的見證。北京師范大學(xué)物理系歷屆聽過此課的學(xué)生們?yōu)榻ㄔO(shè)這門課程作出了創(chuàng)造性的貢獻(xiàn)。唐朝大文學(xué)家韓愈在《師說》中說過，“弟子不必不如師，師不必賢于弟子。聞道有先后，術(shù)業(yè)有專攻，如是而已”。我們對此深有體會。
計算物理借助于計算機來做計算與研究。它涉及建立模型，選擇計算方法，用語言編程以及結(jié)果分析。這個系統(tǒng)過程缺一不可，只有掌握了這四個方面的技能。才能獨立地完成任務(wù)。過去這些訓(xùn)練分散在不同的課程中，不利于學(xué)生掌握使用這種方法。所以StevenE.Konnin說：“進(jìn)行計算的本領(lǐng)很難通過標(biāo)準(zhǔn)的大學(xué)生物理系課程安排來培養(yǎng)，因為它需要三方面訓(xùn)練（物理學(xué)，數(shù)值分析和計算機程序設(shè)計）的綜合，很少有物理系學(xué)生畢業(yè)時知道如何進(jìn)行計算；那些具有這種知識的學(xué)生通常是在獨立工作的過程中，比如通過學(xué)習(xí)一項研究課題或者一篇畢業(yè)論文，而學(xué)到一些有限的技巧。”①我們贊同這種看法，在編寫本書時特別注意這幾種技能的綜合訓(xùn)練。
本教材定位于普及計算物理基礎(chǔ)知識，內(nèi)容包括數(shù)據(jù)處理（擬合，插值，快速傅里葉變換等），數(shù)值微積分，解線性與非線性方程，解常微分方程與偏微分方程，蒙特卡洛方法等，都是□基本的計算技巧。此外還增加了物理研究中很有用的可視化技巧，如矢量場的可視化，動畫技巧和圖形界面的設(shè)計等。眾所周知，計算已經(jīng)與理論、實驗并列為物理研究的主要手段。正如不學(xué)微積分是無法學(xué)習(xí)物理一樣，在今天如果不會用計算機做計算也很難真正學(xué)好物理。更何況通過學(xué)習(xí)計算物理，還能學(xué)到與其他課程不同的分析方法與研究方法。所以，教學(xué)指導(dǎo)委員會才會把計算物理課列為本科生必修課。
第一章 MATLAB簡介
§1．1 MATLAB的操作界面
§1．1．1 操作界面介紹
§1．1．1 指令窗中的功能
§1．1．3 數(shù)據(jù)存儲與顯示
§1．1 數(shù)據(jù)格式與算符
§1．1．1 向量的輸入
§1．1．1 矩陣
§1．1．3 列陣
§1．1．4 數(shù)據(jù)網(wǎng)格
§1．1．5 基元列陣
§1．1．6 結(jié)構(gòu)數(shù)組
§1．1．7 字符和文本
§1．3 編程
§1．3．1 編輯程序
§1．3．1 調(diào)試程序
§1．3．3 設(shè)置搜索路徑
§1．3．4 兩類序文件
§1．3．5 流程控制
§1．3．6 數(shù)據(jù)輸入與輸出
§1．4 作圖
§1．4．1 作圖功能概述
§1．4．1 二維曲線作圖指令
§1．4．3 復(fù)數(shù)作圖
§1．4．4 基本的三維圖
§1．4．5 四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)——切片函數(shù)slice
§1．4．6 復(fù)變函數(shù)圖形
§1．4．7 動畫
§1．5 畫物理場的專用指令
§1．5．1 等值線表現(xiàn)二維標(biāo)量場
§1．5．1 等值面表現(xiàn)三維標(biāo)量場
§1．5．3 用箭頭、流線表現(xiàn)二維矢量場
§1．5．4 用箭頭、流線、錐體、流管、流帶表現(xiàn)三維矢量場
§1．6 圖形窗口的編輯功能
§1．7 制作圖形用戶界面（GUI）
§1．8 浮點運算與數(shù)值計算的誤差
§1．9 物理應(yīng)用：Logistic模型的周期分岔與混沌現(xiàn)象
§1．10 練1<1r>
第二章 迭代一分形圖形
§1．1 迭代與分形
§1．1．1 分形樹
§1．1．1 Sierpinski_角形
§1．1．3 科赫雪花曲線
§1．1．4 L系統(tǒng)
§1．1 復(fù)變函數(shù)迭代
§1．1．1 Julia集
§1．1．1 Mandelbrot集
§1．3 分形與分形維
§1．4 練1<1r>
第三章 數(shù)值微分與數(shù)值積分
§3．1 數(shù)值微分與數(shù)值積分
§3．1．1 數(shù)值微分的算法
§3．1．1 數(shù)值積分的算法
§3．1 MATLAB指令
§3．1．1 差分運算（difr）
§3．1．1 梯度計算（gradient）
§3．1．3 離散拉普拉斯算符（del1）
§3．1．4 梯形積分（trapz）
§3．1．5 累計梯形積分（cumtrapz）
§3．1．6 函數(shù)積分（quad，quadl）
§3．1．7 函數(shù)的二重積分（dblquad）
§3．1．8 函數(shù)的三重積分（triplequad）
§3．3 用符號工具箱計算微積分
§3．4 環(huán)形電流的磁場——物理場的可視化
§3．5 分子振動的半經(jīng)典量子化
§3．6 練1<1r>……
第四章 數(shù)據(jù)處理
第五章 解常微分方程
第六章 混沌
第七章 解偏微分方程
第八章 蒙特卡羅方法
參考文獻(xiàn)
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