告别枯燥,爱上线性代数——《斯特朗线性代数》中文版面世

Gilbert Strang线性代数教程中文版发布,带你告别枯燥,轻松掌握线性代数!

原文标题:这可能是世界上最好的线性代数教程了!

原文作者:图灵编辑部

冷月清谈:

Gilbert Strang的《斯特朗线性代数》中文版面世,这本书以其独特的教学理念和方法,被誉为是世界上最好的线性代数教程之一。Strang教授反对传统数学教学的僵化模式,强调从直观到抽象的自然过程,并注重几何直觉的培养,通过生动的例子和叙事风格,帮助读者理解线性代数的本质。本书不仅适合数学系的学生,也适合需要用到线性代数的其他理工科专业的学生和研究者。与传统教材不同,本书从线性方程组入手,提早引入线性变换,并结合实际应用,如数值计算、最优化和线性规划等,使线性代数不再是抽象的符号,而是解决实际问题的工具。本书适合希望以更自由、轻松、直观的方式学习线性代数的读者。

怜星夜思:

1、Strang教授的教学理念“从直观到抽象”与传统的教学模式相比,有哪些优势和劣势?在实际学习中,我们应该如何结合这两种模式,以达到更好的学习效果?
2、书中提到线性代数在国际象棋、扑克游戏等领域都有应用,你还知道哪些看似与数学无关的领域,实际上也运用了线性代数的思想?
3、Strang教授的教材提早引入了线性变换,你认为这种做法对于初学者来说是更有利还是更不利?为什么?

原文内容

The contribution of mathematics, and of people, is not computation but intelligence.

数学和人类的贡献,不在于计算,而在于智慧。


——Gilbert Strang, Linear Algebra and Its Applications

你是否曾觉得线性代数枯燥难懂?

是否曾在矩阵与行列式中迷失方向?

是否曾希望有一本既讲理论、又重直观、更贴近应用的线性代数教科书?

现在,它来了——

Gilbert Strang数学启蒙神作,麻省理工、哈佛、斯坦福等顶级名校教材

斯特朗线性代数》(Linear Algebra and Its Applications文版终于面世!

线性代数作为现代学科交叉中不可或缺的基础工具,早已不再是数学系的“专利”。然而,很多初学者在面对抽象的定义、繁琐的证明时,常常一头雾水,望而却步。

有没有一本教材,既能讲清原理,又能展示直观,还能贴近实际,甚至读起来像在听一场精彩的讲座?

答案就是:Gilbert StrangLinear Algebra and Its Applications

这本畅销50年,影响全球百万学生,麻省理工、哈佛、斯坦福等顶级名校教材,中文版终于和大家见面了!

一、为什么是Strang?

Gilbert Strang是麻省理工学院(MIT)数学教授、美国科学院院士,不仅是应用数学领域的泰斗,更是一位充满热情、感染力和幽默感的教育家。他是改革开放后最早访华的数学家之一(曾任西安交大等校的名誉教授),与中国学界有着深厚的渊源。

他的线性代数视频课程是麻省理工学院开放式课程计划(MIT OpenCourseWare)最早公开的教学资源之一,成为全球无数学生自学线性代数的“第一堂课”。他的讲解清晰、生动,富有洞察力。

作为多年教学实践的结晶,这本教材反映了他对“如何教好线性代数”这一问题的深刻回应,指引学生真正理解线性代数,爱上线性代数

线性代数传奇大师课

二、为什么这本书与众不同?

独特的理念

Strang教授反对传统教学“从定义到定理”的僵化模式,而是主张“从直观到抽象”的自然过程,以具体问题为出发点,以自然理解为核心,以实际应用为落脚点,引导读者“自己发现”数学概念。因此,他从不急于抛出抽象定义和推导,转而采用一种近乎“讲故事”的形式,用口语化的叙事风格、略带风趣的方式解释复杂的数学思想。

值得一提的是,Strang教授尤其注重几何直觉的培养。他在讲解每个知识点时几乎都会给出几何解释,这种“代数与几何密切相关”的理念,帮助读者在脑海中构建清晰的空间图像,避免沦为“计算机器”。

Strang标志性的“四个子空间图”

丰富的应用

本书具有鲜明的理工科导向,从应用数学的角度展现了线性代数的实用价值,主要围绕数值计算、最优化和线性规划等专题进行介绍,还引入了Strang本人的学术专长“有限元理论”,这在同类教科书(包括他自己的)中是绝无仅有的

此外,Strang的涉猎面非常广泛,他从国际象棋、扑克游戏、棒球、囚徒困境等生动有趣的示例中敏锐地发现了线性代数的存在。在他的笔下,线性代数是亲切的、充满乐趣的,数学成为了解读世间万象的语言。

人性化的编排

为了将行列式对理解线性代数的影响降到最低,Strang选择从学生已经非常熟悉的线性方程组切入来介绍矩阵。这种讲法避免了国内教材常常从学生不熟悉的行列式出发的通病,让入门变得更简单、更顺畅。

此外,本书在编排上的另一大特点是,提早引入线性变换这一教学难点,并不拘一格地将其融入到各个主题中:先随着矩阵一起,介绍相对容易接受的伸缩、旋转、反射、投影,而把更一般的线性变换(特别是相似变换)放到后面。这符合“从特殊到一般”“从易到难”的原则和认知规律。

三、适合谁看?

本书不仅适合数学系,更适合所有需要用到线性代数的工程学、计算机科学、物理学、统计学、经济学等理工科专业的学生和研究者。无论你是初次接触线性代数,还是希望从应用角度重新理解它,Strang的这本书都能为你打开一新的视野

不过,Strang的写作风格极具个人特色,习惯于追求按部就班地严密证明的读者可能会感到不适应。如果你喜欢一种更自由、更轻松、更直观的学习方式,本书将是你的绝佳选择。

书中对预备知识的要求并不高,这使得即使数学基础较弱的学生也能跟上节奏。而对于教师而言,本书也是一难得的教学参考,它提供了一种新的教学思路和内容组织方式。

  推荐阅读

斯特朗线性代数

作者:[美] 吉尔伯特·斯特朗(Gilbert Strang)

译者:陈学勇,刘伟安

高等数学教育界泰斗 斯特朗,曾任麻省理工学院数学系教授,影响全球百万学生的线性代数传奇大师,本书是麻省理工、哈佛、斯坦福等顶级名校教材;


教科书中的一股清流:流畅的叙事式写作风格,直观的自然理解取代晦涩的数学推导,避免对定义、定理、证明的枯燥罗列;通俗易懂,非常适合自学。


教学资源完备、丰富。他在麻省理工学院OpenCourseWare网站上开设的线性代数课程已获得上百万次观看,被认为是数学教学的典范。


几乎所有现代科学都离不开线性代数,本书正是为物理学、工程学、经济学等领域的人群而设计,从应用数学的角度介绍线性代数在现实问题中的应用。


以下为本书目录:


我认为这种编排方式的优势在于降低了入门的难度,使得初学者更容易接受线性代数。行列式本身就是一个比较抽象的概念,而且计算也比较繁琐。如果一开始就学习行列式,很容易让学生产生畏难情绪。我当时学习线性代数最大的困难是理解向量空间的概念,总感觉很抽象,不知道它有什么实际意义。后来我通过阅读一些相关的书籍和论文,才逐渐理解了向量空间的本质。

几何直观太重要了!理解线性代数,如果脑子里没有图像,那就是纯粹的符号游戏,很容易迷失方向。这就像学一门外语,只背单词不理解语境,根本没法交流!在微积分里,几何直观也很重要,比如理解导数是切线的斜率,积分是曲线下面积。在物理学里,理解力的分解,运动轨迹,没有几何直观根本没法学。

这种方式就像是先给你看了一张照片,然后才告诉你像素是怎么组成的。对于建立兴趣和快速上手确实很有帮助。但如果想深入研究,光看照片肯定不够,还得了解图像处理的算法、硬件的原理等等。平衡嘛,我觉得就是先“What”,再“How”,最后“Why”的过程吧。

其实计算机图形学里,3D模型的渲染,光影效果的计算,全都离不开线性代数。游戏开发也是一样的,角色动画,碰撞检测,都需要用到向量和矩阵的知识。所以我一直觉得,线性代数是游戏开发者的必备技能之一。

我觉得提早引入线性变换挺好的,可以帮助初学者更早地建立起几何直观。线性变换是线性代数的核心概念之一,早点接触可以更好地理解矩阵的本质。而且,通过线性变换可以更好地理解向量空间的概念,避免陷入纯粹的计算中。

传统的’定义-定理’模式像填鸭式教育,容易让人失去兴趣。Strang的方法更像引导学生自己去发现知识,印象更深刻。不过,完全抛弃严谨性也不可取。我觉得可以把Strang的方法当成预习,传统方法当成精讲,相辅相成。

我认为“从直观到抽象”更符合人的认知规律,更容易理解和记忆。但是,对于需要深入研究线性代数的同学来说,严谨的数学证明也是必不可少的。可以先通过Strang教授的教程建立起直观理解,然后再学习传统的数学证明,这样可以更好地理解线性代数的本质。就好比先掌握了工具的使用方法,再去研究工具的原理。

这取决于学生的接受能力。有些学生可能需要更多的时间来理解线性变换的概念,如果太早引入可能会让他们感到困惑。但对于另一些学生来说,早点接触可以帮助他们更好地理解线性代数的本质。所以,我觉得老师需要根据学生的具体情况来调整教学进度。

别说,线性代数这玩意儿还真挺广泛的。像我做图像处理的时候,各种图像变换,什么旋转、缩放、平移,背后都是矩阵运算。还有推荐系统,计算用户相似度,也离不开线性代数。甚至在分析社交网络的时候,节点之间的关系也能用矩阵来表示,简直无孔不入!

个人觉得有利有弊吧。好处是能尽早接触核心概念,建立整体框架。坏处是线性变换本身就比较抽象,如果基础没打好,可能会越学越迷糊。所以我觉得关键在于讲解的方式,如果能结合大量的例子和几何解释,应该就能克服这个难点。

学经济的表示,计量经济学里面好多模型都用到了线性代数,比如多元线性回归,还有时间序列分析。甚至在金融工程里,期权定价什么的,也需要用到线性代数。感觉学好了线性代数,就能更好地理解各种经济现象。

Strang教授的理念优势在于更容易激发学习兴趣,通过直观的例子快速上手,劣势在于可能在严谨性上有所欠缺。可以先用Strang的理念入门,再结合传统模式深入学习,理论和实践相结合,效果更佳。就好比先看电影了解剧情,再啃原著了解细节,能更好地理解故事。