本书的内容主要结合这两个专业的需要，介绍了理论计算和一些实验数据处理方面的常用方法，同时对计算物理一些基本方法也作了较系统的介绍。例如以原子结构计算为例介绍了常微分方程，特别是薛定谔方程的数值解方法（第一章）；以分子结构计算为例介绍了求解偏微分方程很有效的变分法（第二章）；以电磁场的计算为例介绍了有限差分法和有限元方法（第三章）。另外，既介绍了在物理学中应用极为广泛的最优化方法和快速傅里叶变换法（第四章和第五章），也介绍了近年来凝聚态物理实验研究常用的X光电子谱、俄歇电子谱和广延X射线吸收精细结构的数据分析处理方法（第六章和第七章）。最后，还简要介绍了对物理问题进行随机模拟的方法——蒙特卡罗法（第八章）。其中很多内容是本校教师和研究生近几年来科学研究的成果。

本书详细地阐明了作为理论与实验物理之外的物理学第三大分支一计算物理学的基本概念、研究内容与研究方法，从计算物理学包含的物理问题的数值计算和数值模拟两个方面出发，具体叙述了物理数据拟合、插值，物理研究中常微分方程、偏微分方程的数值计算及分析研究，物理问题的随机模拟方法一蒙特卡罗方法和确定性模拟方法一分子动力学方法；而且对物理研究中常用的方法如傅里叶变换、最优化方法包括遗传算法以及辛算法作了有特色的介绍。书中还给出了相应的应用实例。本书立足于从物理问题出发，以物理结论为归宿，使物理研究遵循的基本规律从概念、原理、模型、方法到结论和应用得到较完整的体现。作者基于其多年的教学与研究实践，对书中某些重要的抽象的数学方法所蕴含的深刻内涵作出了独特的物理诠释。

本书内容丰富、范围广泛、叙述简明，适合于高等学校、研究院所物理类高年级本科生和研究生用作教学用书，也可供物理学科以外其他科技、工程领域的师生及科研工作者参考。

前言

前言（1987年版）

第一章 绪论和基础知识

 §1.1 绪论

1.1.1 计算物理学的诞生

1.1.2 计算物理学的研究对象、研究范围、研究方法

 §1.2 计算机计算的特点

 §1.3 函数离散化和曲线拟合

1.3.1 多项式插值

1.3.2 曲线拟合（实验数据拟合）

 §1.4 数值积分

1.4.1 Newton-Cotes型积分公式

1.4.2 Gauss型积分公式

附录1AⅠ 线性方程组的追赶法求解

附录1AⅡ 三次 δ 样条插值

 参考文献

第二章 物理问题的数值计算与分析 （Ⅰ）——常微分方程的数值解

 §2.1 引言——数值解的必要性

 §2.2 常微分方程初值问题的数值解法

2.2.1 Euler折线法

2.2.2 Runge-Kutta法

2.2.3 Adams方法

2.2.4 高阶微分方程和一阶微分方程组的求解

 §2.3 二阶常微分方程的数值解·原子结构的计算

2.3.1 Numerov方法

2.3.2 原子结构的计算——径向薛定谔方程数值解

 §2.4 常微分方程边值问题的差分法求解

2.4.1 差分和差商

2.4.2 微分方程差分化

2.4.3 常微分方程的本征值问题

附录2AⅠ 分子轨道计算

 §2AⅠ.1 引言

 §2AⅠ.2 Roothaan方程和从头计算

 §2AⅠ.3 几种常用的近似方法

 §2AⅠ.4 多重散射Xα方法

 §2AⅠ.5 关于固体电子结构计算

 参考文献

第三章 物理问题的数值计算与分析（Ⅱ）——偏微分方程的数值解

 §3.1 引言

3.1.1 偏微分方程的求解概述

3.1.2 电磁场计算中的微分方程

 §3.2 有限差分法

3.2.1 差分格式的稳定性

3.2.2 弦振动（双曲型）方程的差分格式与稳定性

3.2.3 热传导（抛物型）方程的差分格式与稳定性

3.2.4 椭圆型方程的差分格式

3.2.5 其他物理问题差分格式举例

 §3.3 变分法

3.3.1 Ritz方法

3.3.2 迦辽金（Гaлёркuн）方法

 §3.4 有限元素法

3.4.1 常微分方程边值问题的有限元方法

3.4.2 椭圆型偏微分方程边值问题的有限元方法

3.4.3 有限元方程的求解

3.4.4 磁场中存在铁磁物质时的有限元法计算

3.4.5 时变电磁场的有限元素法

3.4.6 有限差分法与有限元素法的比较

附录3AⅠ 矩阵的一维表示及高斯消去法·有限元素法中矩阵作一维表示的总本合成

 §3AⅠ.1 矩阵的一维表示及一维表示下的消去法

 §3AⅠ.2 矩阵作一维表示的总体合成

 参考文献

第四章 物理问题常用算法之一——快速傅里叶变换

 §4.1 引言

 §4.2 傅里叶正变换和逆变换

 §4.3 卷积和相关

 §4.4 离散傅里叶变换

 §4.5 快速傅里叶变换

 §4.6 快速傅里叶变换应用举例之一——广延X射线吸收精细结构的数据处理

4.6.1 EXAFS实验现象与基本理论

4.6.2 EXAFS的数据处理

 §4.7 快速傅里叶变换应用举例之二——X光电子能谱的实验数据处理

4.7.1 引言

4.7.2 实验谱的预处理——噪声和背景的扣除

4.7.3 谱的退卷积处理——去除加宽函数影响

 参考文献

第五章 物理问题常用算法之二——最优化方法

 §5.1 引言

 §5.2 无约束最优化问题求解

5.2.1 最优化问题基础和基本解法

5.2.2 一维搜索

5.2.3 求解无约束最优化问题的解析法——非直接搜索法

5.2.4 求解无约束最优化问题的直接搜索法——单纯形法

 §5.3 有约束最优化问题求解

5.3.1 惩罚函数法

5.3.2 复合形法

5.3.3 复合形法应用举例——电子光学系统的最优化设计

 §5.4 遗传算法——全局优化算法

5.4.1 遗传算法的基本原理

5.4.2 遗传算法的操作步骤

 §5.5 遗传算法应用举例——离轴电子全息图的全局最优化数值重现

5.5.1 电子全息概述

5.5.2 电子全息图的记录

5.5.3 电子全息图的数值重现

 §5.6 实验数据优化方法处理应用举例——俄歇电子谱的实验数据处理

5.6.1 引言

5.6.2 俄歇电子谱的退自卷积

 参考文献

第六章 物理研究中确定论模拟方法——分子动力学方法

 §6.1 引言

 §6.2 分子动力学模拟的基本步骤

 §6.3 平衡态分子动力学模拟

6.3.1 微正则系综的分子动力学模拟

6.3.2 正则系综的分子动力学模拟

 §6.4 从头计算的分子动力学模拟概要

 §6.5 分子动力学模拟应用举例——MoS2基板上外延生长C60薄膜的MD模拟

6.5.1 引言

6.5.2 MoS2基板上外延生长C60薄膜的MD模拟

附录6AⅠ 时间步长 h 选取对模拟计算的影响

附录6AⅡ 能量均分和费米—帕斯塔—乌拉姆问题

 参考文献

第七章 物理问题的随机模拟方法——蒙特卡罗方法

 §7.1 概论

7.1.1 引言

7.1.2 蒙特卡罗方法数学基础

7.1.3 蒙特卡罗方法的基本思想和基本步骤

7.1.4 拉普拉斯方程的蒙特卡罗方法求解——醉汉问题

7.1.5 蒙特卡罗方法的特点

 §7.2 随机数和随机抽样

7.2.1 产生均匀分布的随机数的方法

7.2.2 产生具有给定分布的随机变量——随机抽样

 §7.3 蒙特卡罗方法在确定性问题中的应用

7.3.1 应用蒙特卡罗方法计算积分

7.3.2 求解非线性方程组的随机搜索法

 §7.4 蒙特卡罗方法在随机性问题中的应用

7.4.1 随机游动问题

7.4.2 随机生长过程模拟

7.4.3 中子输运过程模拟

7.4.4 电子与固体相互作用的蒙特卡罗模拟

 §7.5 量子蒙特卡罗方法

7.5.1 变分蒙特卡罗方法（VMC）

7.5.2 格林函数蒙特卡罗方法（GFMC）

7.5.3 路径积分蒙特卡罗方法（PIMC）

7.5.4 量子蒙特卡罗方法的应用

 §7.6 蒙特卡罗方法在统计物理与格点规范理论中的应用

7.6.1 计算平衡态平均值的基本方法

7.6.2 蒙特卡罗方法在格点规范理论中的应用

 参考文献

第八章 辛算法基础与应用——薛定谔方程的辛算法

 §8.1 引言

 §8.2 辛结构与哈密顿系统的辛算法

8.2.1 辛结构与哈密顿力学

8.2.2 哈密顿系统的辛格式

 §8.3 定态薛定谔方程的辛形式与辛算法

8.3.1 一维定态薛定谔方程的辛形式

8.3.2 一维定态薛定谔方程的辛-打靶法

8.3.3 一维连续态的保Wronskian算法

 §8.4 含时薛定谔方程的辛算法与应用

8.4.1 量子系统是一个无穷维哈密顿系统

8.4.2 基于完备基展开的辛算法

8.4.3 含时薛定谔方程的辛离散——空间变量离散法

8.4.4 强激光场中的一维模型原子——基于渐近边界条件的辛算法

 参考文献