计算物理的MATLAB解法与可视化 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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唐炼，赵昆 著

图书标签:

• 计算物理
• MATLAB
• 数值计算
• 科学计算
• 物理模拟
• 可视化
• 算法
• 工程数学
• 高等教育
• 理工科

出版社： 中国石化出版社

ISBN：9787511438300

版次：1

商品编码：11907025

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十三五”规划教材

开本：16

出版时间：2016-03-01

用纸：胶版纸

页数：149

字数：224000

编辑推荐

本书首先对MATLAB语言进行了简单介绍，并在此基础上，介绍了线性方程组的数值解法及实验数据的插值和拟合，所有的计算过程全部用MATLAB编程进行计算，并且给出所有的计算源程序，使学生在较短时间内熟悉MATLAB编程的基本方法；然后详细介绍了有限差分和有限元两种常用数值法的基本原理、网格划分、数据离散、方程求解和实际应用，整个计算过程全部用MATLAB编程进行，实现了用计算机完全取代手工计算，为学生今后从事有关的数值计算工作打下良好的基础。

内容简介

本书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，介绍了线性方程组的数值解法，实验数据的插值和拟合，并在此基础上，主要讲述了有限差分法和有限元素法的数值求解方法。所有的计算过程，全部采用MATLAB语言进行编程计算，给出了源程序，并利用MATLAB软件所提供的图形技术，将部分计算结果用图形表现出来，使一些抽象、难懂的内容变得生动形象，加深了学生对相关概念和理论的理解和掌握，提高了计算机编程和应用的能力。

目录

第一章MATLAB简介
第一节MATLAB的窗口
第二节MATLAB的基本语法
第二节MATLAB程序设计
第四节MATLAB绘图
第五节MATLAB符号运算
第六节利用MATLAB模拟物理图形和图像
习题
第二章线性方程组的数值解法
第一节解线性方程组的直接法
第二节三角分解法
第三节线性方程组的迭代法
习题
第三章实验物理学中的插值和数据拟合
第一节插值法
第二节曲线拟合
习题
第四章有限差分法
第一节差分运算的基本概念
第二节矩形域中的拉普拉斯方程和泊松方程的差分格式
第三节圆形域中拉普拉斯方程和泊松方程的差分格式
第四节轴对称场中拉普拉斯方程和泊松方程的差分格式
习题
第五章有限元素法
第一节泛函与变分法
第二节二维有限元分析
第三节有限元素的自动剖分
第四节有限元方程的求解
第五节MATLAB工具箱在有限元中的应用
习题
参考文献

前言/序言

《计算物理的MATLAB解法与可视化》：探索科学计算的奥秘，洞悉物理世界的脉络 本书并非一本关于MATLAB软件本身操作技巧的堆砌，也并非仅罗列枯燥的物理公式。它的核心在于，将抽象的物理理论与强大的计算工具巧妙融合，引领读者深入理解那些用数学语言描绘出的物理规律，并通过直观的可视化手段，让原本难以捉摸的物理现象栩栩如生。我们旨在为对计算物理学充满好奇的读者，提供一个系统、深入且极具实践性的学习路径。 为何选择MATLAB？ MATLAB，作为一款强大的工程计算和可视化软件，以其简洁的语法、丰富的工具箱以及卓越的图形处理能力，在科学研究和工程实践中占据着举足轻重的地位。对于物理问题的求解，MATLAB能够极大地简化繁琐的数值计算过程，使得研究者能够将更多精力投入到问题的本质分析和结果解读上。其内置的矩阵运算、符号计算、优化算法、数据分析以及精美的绘图功能，为解决复杂的物理问题提供了得天独厚的优势。本书将充分挖掘MATLAB在解决物理问题方面的潜力，通过大量实例，展示如何高效、精准地运用MATLAB实现各种物理模型的计算与分析。 本书的核心价值：理论与实践的桥梁 本书的独特之处在于，它不遗余力地构建起连接抽象物理理论与具体计算实践的坚实桥梁。我们深知，仅仅掌握MATLAB的语法指令是不足以成为一名合格的计算物理学者的。真正的挑战在于，如何将物理学家们构建出的深刻理论，转化为可执行的计算程序，并从计算结果中提炼出有价值的物理见解。 因此，本书的每一章都将围绕一个重要的物理概念或领域展开，并在介绍相关物理理论的基础上，深入探讨如何利用MATLAB对其进行数值求解。我们将关注点放在“解法”上，即如何将物理问题转化为数学模型，再将数学模型转化为MATLAB代码。这包括但不限于： 数值方法的选择与实现： 针对不同类型的物理问题，我们将介绍并实现各种经典的数值方法，例如有限差分法、有限元法、蒙特卡洛方法、龙格-库塔法等。我们会详细阐述这些方法的原理、适用范围、优缺点，并展示如何在MATLAB中高效地实现它们。例如，在求解微分方程时，我们会分析不同阶数的方法在精度和计算效率上的权衡；在处理统计物理问题时，我们会探讨如何利用蒙特卡洛方法模拟复杂的分子动力学过程。 算法的优化与效率提升： 随着计算规模的增大，算法的效率至关重要。本书将探讨如何优化MATLAB代码，提高计算速度，例如利用向量化操作、并行计算等技巧。我们会展示如何通过分析算法的复杂度，选择更优的求解策略。 模型建立与简化： 在实际的物理研究中，我们往往需要对复杂的物理系统进行适当的简化和建模。本书将引导读者学习如何根据物理问题的实际情况，建立合适的数学模型，并理解模型简化过程中所做的假设及其对结果的影响。 可视化的力量：让物理世界“看得见” “纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”。在计算物理领域，可视化扮演着至关重要的角色。它不仅能够帮助我们直观地理解复杂的计算结果，还能揭示隐藏在数据背后的物理规律，甚至帮助我们发现模型中的潜在问题。本书将把可视化作为贯穿始终的核心部分： 多维度的图形展示： 我们将利用MATLAB强大的绘图功能，展示各种类型的图形，包括但不限于： 一维曲线图： 用于展示物理量随单个自变量的变化关系，如能量随位移的变化，温度随时间的变化。 二维散点图与线图： 用于展示两个物理量之间的关系，或物理量在二维空间中的分布，如势能面图，速度-位移相图。 三维曲面图与网格图： 用于展示物理量在三维空间中的分布，如温度分布，电势分布。 矢量场图： 用于展示力场、电场、磁场等矢量物理量在空间中的方向和大小，如流体速度场，电场线。 图像与动画： 用于展示随时间演化的物理过程，如波的传播，粒子的运动轨迹，相变过程。 交互式可视化： 我们将探索如何利用MATLAB的交互式图形功能，使得读者可以动态地调整参数，观察物理量的变化，从而更深入地理解物理过程。例如，通过鼠标拖拽，改变初始条件，观察模拟结果的实时反馈。 科学数据分析与可视化： 在处理实验数据或模拟结果时，如何有效地进行数据分析和可视化至关重要。本书将介绍一些常用的数据处理和可视化技术，帮助读者从海量数据中提取有用的信息。 本书涵盖的物理领域（示例，非详尽列表）： 本书的内容将涵盖计算物理学中的多个重要领域，确保读者能够接触到广泛的物理应用。我们将重点关注那些能够很好地体现计算方法和可视化技术的典型问题。以下是一些可能包含的领域（具体内容会根据实际编写情况有所侧重）： 经典力学： 牛顿定律的应用： 模拟行星运动、弹道轨迹、多体系统动力学。 振动与波： 求解简谐振动、阻尼振动、耦合振动的方程，模拟驻波、行波的传播。 混沌与非线性动力学： 探索双摆、洛伦兹吸引子等混沌系统的行为，理解分形与混沌的联系。 电动力学： 静电场与静磁场： 利用数值方法计算复杂的电荷分布和电流分布产生的电磁场，如高斯定律、安培定律的数值求解。 电磁波传播： 模拟电磁波在不同介质中的传播，如麦克斯韦方程组的数值解。 电路仿真： 利用MATLAB的电路仿真工具箱，对复杂电路进行分析。 量子力学： 薛定谔方程的求解： 利用有限差分法或多项式谱方法求解一维和三维的定态薛定谔方程，计算能谱和波函数。 量子隧穿与散射： 模拟粒子穿过势垒的过程，计算散射截面。 量子态演化： 模拟量子系统的时域演化。 热力学与统计物理： 热传导方程： 模拟稳态和瞬态热传导过程，分析热量在不同材料中的分布。 流体动力学： 求解纳维-斯托克斯方程，模拟层流、湍流现象。 相变： 利用蒙特卡洛方法模拟二维伊辛模型，研究相变行为。 分子动力学模拟： 基础的分子动力学模拟，展示如何用MATLAB实现简单的粒子相互作用和运动。 数值方法基础： 插值与拟合： 学习各种插值和拟合方法，用于数据平滑和函数逼近。 根的查找： 求解非线性方程。 积分与微分： 数值计算定积分和求解微分方程。 学习本书的收获： 通过本书的学习，您将能够： 1. 建立扎实的计算物理理论基础： 深入理解各种物理模型背后的数学原理和数值求解方法。 2. 掌握MATLAB在物理计算中的应用： 能够熟练运用MATLAB来构建、求解和分析各种物理问题。 3. 提升科学问题解决能力： 学习如何将抽象的物理概念转化为具体的计算模型，并从计算结果中获得深刻的物理洞察。 4. 培养数据可视化与解读能力： 能够利用MATLAB创建高质量的科学图表，并准确地解读和呈现计算结果。 5. 为进一步的科学研究打下坚实基础： 无论是理论研究、数值模拟还是实验数据分析，本书都将为您提供宝贵的工具和方法。 本书的目标读者： 本书适合以下人群： 高等院校物理学、工程学、应用数学等相关专业的本科生和研究生。 在科研机构从事计算物理研究的研究人员。 希望将MATLAB应用于物理问题解决的工程师和科学爱好者。 对利用计算工具探索物理世界充满热情的所有读者。 我们相信，通过本书的引导，您将能够开启一段激动人心的科学探索之旅，用计算的力量，去揭示物理世界的奥秘，并用可视化的语言，让那些抽象的规律变得触手可及。让我们一起，用MATLAB，奏响计算物理的华丽乐章。

评分☆☆☆☆☆

这本书真是太棒了，它完美地填补了我一直以来在计算物理学习过程中的一个巨大空白！我是一名刚毕业不久的研究生，在硕士期间就对计算物理充满了浓厚的兴趣，但实际操作起来却总是感觉力不从心。理论知识学了不少，但如何将这些抽象的数学模型转化为具体的、可执行的计算机程序，尤其是如何利用MATLAB这样强大的工具来高效地解决问题，一直是我的一大难题。市面上虽然有一些计算物理的教材，但它们大多侧重于理论推导，对于编程实现的部分往往一带而过，或者给出的代码示例晦涩难懂， kaum zu verstehen。而这本书，从一开始就抓住了核心——“MATLAB解法与可视化”。它不仅仅是简单地罗列代码，而是深入浅出地讲解了如何将各种物理模型的方程组，例如薛定谔方程、泊松方程、Navier-Stokes方程等，用MATLAB的矩阵运算、数值积分、迭代求解等方法进行离散化和求解。更让我惊喜的是，书中对可视化部分也给予了极大的重视。很多时候，物理现象的直观理解比冰冷的数值结果更为重要，而MATLAB强大的绘图功能在这方面有着得天独厚的优势。书中详细介绍了如何利用plot、surf、mesh、contour等函数绘制一维、二维甚至三维的物理量分布图、相空间图、轨迹图，以及如何通过动画演示来展现物理过程的动态演变。这些可视化技术不仅帮助我更清晰地理解了计算结果，也极大地提升了我进行学术报告和论文写作的质量。我尤其喜欢书中关于误差分析和稳定性评估的部分，这对于保证计算结果的可靠性至关重要，很多初学者往往会忽略这一点。书中通过具体的例子，教会我们如何分析数值误差的来源，如何选择合适的数值方法来提高精度和稳定性，这让我受益匪浅。总而言之，这本书就像一位经验丰富的导师，循循善诱地引导我一步步掌握计算物理的MATLAB实践技能，为我未来的科研之路打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我是一名数学专业的学生，一直对物理世界充满好奇，但又觉得数学和物理之间总有一道难以逾越的鸿沟。这本《计算物理的MATLAB解法与可视化》这本书，以一种我从未想过的方式，连接了数学和物理。它不仅仅是展示了如何用MATLAB来解决物理问题，更重要的是，它展示了数学工具在物理世界中的强大应用。书中对各种数值算法的讲解，例如迭代法、数值积分、矩阵分解等，都与我在数学课上学到的知识息息相关。这本书让我看到了数学概念在实际问题中的生命力，比如，我看到了线性代数如何应用于求解复杂的物理方程组，微积分如何用于描述物理量的变化，概率论和统计学如何用于模拟随机过程。而可视化部分，更是将这些抽象的数学概念具象化，让我能够直观地看到数学理论是如何解释和预测物理现象的。我可以通过书中的例子，自己动手去实现这些计算，然后观察结果，这比单纯的理论学习要有趣得多。这本书让我对数学和物理的关系有了全新的认识，也激发了我进一步学习计算科学的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

作为一名已经工作多年的工程师，我一直希望能够将我在实际工作中遇到的物理问题，例如流体力学、热传导、材料力学等，进行更深入的数值模拟和分析。然而，很多现有的工程计算软件虽然功能强大，但其内部的算法原理却不尽透明，而且定制化程度不高。这本《计算物理的MATLAB解法与可视化》恰恰满足了我这方面的需求。书中从物理原理出发，一步步引导读者如何将工程问题转化为MATLAB可以求解的数值模型。例如，在流体力学部分，书中详细讲解了如何使用有限差分法或有限体积法来离散化Navier-Stokes方程，如何处理边界条件，以及如何利用MATLAB的求解器来获得速度场和压力场。更重要的是，书中对可视化部分给予了极大的重视。我能够利用书中介绍的各种绘图技巧，将流场、温度分布、应力应变等结果直观地展示出来，这对于我分析问题的根源、优化设计方案非常有帮助。我特别欣赏书中对不同数值方法的比较和选择的指导，这让我能够根据实际工程需求，选择最适合的计算方法，从而提高计算效率和精度。这本书为我提供了一个强大的工具集，让我能够更加灵活和深入地对工程中的物理问题进行分析和解决。

评分☆☆☆☆☆

作为一个在跨学科领域工作的研究人员，我经常需要将不同领域的物理模型进行融合和计算。这要求我不仅要掌握不同学科的物理知识，还要具备强大的计算和编程能力。这本书的出现，对我来说无疑是如虎添翼。它以MATLAB为统一的工具，为我提供了一个强大的平台来解决复杂的计算物理问题。书中涵盖的物理模型非常广泛，从经典的力学和电磁学，到更现代的量子力学和统计力学，都有涉及。更重要的是，书中不仅仅是给出了问题的解法，更强调了“可视化”的重要性。我深知，一个好的可视化能够极大地帮助我们理解复杂的物理过程，甚至能够揭示我们之前未曾注意到的现象。书中对各种可视化技术的详细介绍，包括如何绘制动态图、三维渲染图、相图等等，都为我提供了丰富的工具。我尤其喜欢书中关于如何处理和分析大量模拟数据，以及如何将这些数据转化为具有科学意义的图表的讲解。这对于我撰写学术论文和进行跨学科交流非常有帮助。这本书让我能够更加高效地进行跨学科的研究，将不同领域的物理模型在MATLAB环境中进行融合和计算，并通过直观的可视化来展示和分析我的研究成果。

评分☆☆☆☆☆

这本书如同一把金钥匙，为我打开了计算物理学领域的大门。作为一名物理系的研究生，我一直对计算模拟在现代物理研究中的作用深感震撼，但苦于缺乏系统性的指导。之前的学习经历，更多的是专注于理论推导和概念理解，对于如何将这些抽象的理论转化为可执行的计算机程序，总感觉力不从心。这本书的出现，恰恰填补了这一关键的知识空白。它以MATLAB为强大的工具，系统地阐述了计算物理学的基本原理、常用算法以及实现方法。我尤其欣赏书中对各种经典物理问题的详尽解析，从简单的单摆运动模拟，到复杂的量子力学问题，再到统计物理中的相变现象，书中都给出了清晰的MATLAB实现思路和代码示例。这些代码不仅仅是“拿来主义”，而是充满了对算法细节的深入剖析，让我能够理解其背后的数学原理和数值技巧。更令人惊喜的是，本书在“可视化”方面给予了极大的关注。物理现象往往需要通过直观的图像来理解，而MATLAB强大的绘图功能在这方面有着得天独厚的优势。书中详细介绍了如何利用各种绘图函数，将计算结果以精美、直观的方式呈现出来，无论是静态图表还是动态演示，都为我提供了宝贵的经验。这对于我在学术会议上展示研究成果，以及撰写高质量的学术论文，都有着不可估量的价值。这本书为我未来的科研之路奠定了坚实的计算基础，让我能够更加自信地投身于计算物理学的研究。

评分☆☆☆☆☆

我是一名物理专业的本科生，在学习过程中，我总觉得计算物理这门课离我有点远。理论上学了很多公式和概念，但总是不知道怎么用计算机去实现它们，更别说去解决一些实际的物理问题了。这本书的标题“计算物理的MATLAB解法与可视化”立刻吸引了我，我抱着试一试的心态买了下来，结果完全超出了我的预期！这本书的语言非常通俗易懂，没有太多晦涩难懂的专业术语，即使是像我这样初学者，也能很快理解书中的内容。它从最基础的MATLAB语法入手，然后逐步引导我们学习如何应用MATLAB来求解各种物理方程。我最喜欢的是书中通过大量的实例来讲解各种计算方法，比如如何用欧拉法、龙格-库塔法求解常微分方程，如何用有限差分法求解偏微分方程，以及如何进行傅里叶变换等。每一个例子都非常具体，代码清晰易懂，而且都有详细的解释，说明了代码的每一个部分的作用。最让我兴奋的是可视化部分，看着那些原本抽象的物理模型在屏幕上呈现出动态的图形，真是太有成就感了！书中教我们如何绘制各种曲线图、曲面图，如何制作动画来展示物理过程，这让物理学变得生动有趣起来。我可以用这本书来完成我的课程设计和实验报告，而且我也相信，这本书能够帮助我更好地理解物理学的原理，为我将来从事科研打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对宇宙学模型非常感兴趣的爱好者，但一直以来，我总是觉得那些复杂的数学公式和理论模型离我太遥远。当我偶然间了解到这本《计算物理的MATLAB解法与可视化》时，我立刻被吸引了。虽然我不是专业的物理学家，但我对使用工具来探索未知世界充满热情。这本书的魅力在于，它将那些抽象的宇宙学方程，例如爱因斯坦场方程的简化形式、宇宙膨胀模型等，通过MATLAB这个强大的工具，变得触手可及。书中详细讲解了如何使用MATLAB来数值求解这些方程，从而模拟宇宙的演化过程。我最喜欢的是书中对可视化部分的讲解。能够看到宇宙的膨胀，星系的形成，甚至黑洞的引力效应在屏幕上呈现出来，这是一种难以置信的体验。书中教我如何绘制宇宙膨胀的图表，如何模拟星系碰撞，如何可视化暗物质的分布，这些都让我对宇宙有了更深刻的认识。即使我无法完全理解所有的数学推导，但通过这本书提供的MATLAB代码和可视化工具，我能够亲身感受到宇宙的宏伟和复杂。这本书让我这个普通爱好者，也能有机会触碰到宇宙学前沿的研究成果，这对我来说是一次非常宝贵的学习经历。

评分☆☆☆☆☆

作为一名教学一线的教师，我一直在寻找一本能够帮助我的学生更好地理解计算物理的教材。传统的教材往往过于抽象，学生难以将理论知识与实际编程操作联系起来。而这本书，恰好解决了这个痛点。它以MATLAB为载体，将计算物理的抽象概念具象化，让学生能够“动手”去探索物理世界的奥秘。书中选取的问题非常有代表性，涵盖了从经典力学到量子力学，再到统计物理等多个领域。例如，书中关于简谐振子、受迫振动、混沌系统的模拟，以及玻尔兹曼方程的求解，都给出了非常详尽的MATLAB代码示例。这些代码不仅可以直接使用，更重要的是，它们背后蕴含着清晰的编程逻辑和算法思想。学生可以通过阅读和修改这些代码，来理解数值方法的原理，学习如何将物理模型转化为计算机可识别的指令。书中的可视化部分更是点睛之笔，它让学生能够直观地观察到物理量的变化趋势，理解系统的演化过程。我特别喜欢书中关于动态可视化和交互式可视化的介绍，这能够极大地激发学生的学习兴趣，让他们在探索中学习，在学习中发现。我计划将这本书作为我计算物理课程的辅助教材，我相信它能够显著提高学生的学习效果，培养他们解决实际物理问题的能力。这本书的出现，不仅对我的教学工作大有裨益，也为计算物理的教育提供了一种新的、更有效的方式。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书的当下，我还在为即将开始的博士研究项目感到一丝焦虑。我需要用到大量的计算模拟，来验证我的理论模型。然而，我对MATLAB的掌握程度还停留在一些基础的绘图和数据处理阶段，对于如何从物理方程出发，构建一套完整的数值模拟流程，我心里完全没底。这本《计算物理的MATLAB解法与可视化》的出现，简直是雪中送炭。它不是那种泛泛而谈的科普读物，也不是纯粹的MATLAB语法手册，而是紧密结合计算物理的经典问题，将理论、算法和编程技巧融为一体。书中对经典物理问题的处理方式，比如如何用有限差分法或有限元法离散化偏微分方程，如何利用迭代法求解线性或非线性方程组，以及如何处理边界条件和初始条件，都给出了非常详尽和清晰的步骤。我特别欣赏书中对不同数值方法的比较和分析，它会解释为什么在某种情况下，某种方法比另一种方法更优，以及它们各自的优缺点是什么，这让我能够根据实际问题灵活选择最合适的工具。而可视化部分，更是将抽象的计算结果赋予了生命。看着模型在屏幕上一步步演化，各种物理量场的分布清晰可见，这种直观的感受是任何文字描述都无法替代的。书中关于如何制作高质量的科学图表，包括如何添加图例、坐标轴标签、单位，如何调整颜色映射和等值线，甚至是如何制作交互式的图形，都非常有价值。这些细节对于科研论文的发表至关重要，我之前总是在这方面吃亏。现在，我感觉自己有了更强的信心去构建自己的模拟程序，去探索更复杂的物理现象，并能够以更加清晰、直观的方式来呈现我的研究成果。

评分☆☆☆☆☆

我是一名在读的固体物理研究生，一直以来，我的研究都离不开大量的数值计算。我曾经尝试过用Fortran和C++来编写模拟程序，但总觉得效率不高，而且调试起来非常困难。当我偶然看到这本《计算物理的MATLAB解法与可视化》时，我感觉我找到了救星。MATLAB强大的矩阵运算能力和丰富的工具箱，是我一直想深入学习但又缺乏系统指导的。这本书恰恰填补了这个空白。它不仅仅是教你如何使用MATLAB，更重要的是，它教你如何将复杂的物理模型，例如晶格动力学、电子结构计算、磁性材料模拟等，转化为MATLAB的数值求解过程。书中对几种经典的数值算法，如蒙特卡洛方法、分子动力学模拟、密度泛函理论计算等，都给出了详细的MATLAB实现思路和代码框架。我特别欣赏书中对代码结构和效率优化的讲解，这对于处理大规模的计算任务至关重要。此外，书中关于数据分析和可视化的章节也为我提供了很多新的思路。如何有效地提取计算结果中的关键信息，如何通过精美的图表来清晰地展示物理现象，这对于科研成果的交流和传播有着决定性的作用。书中介绍的各种高级绘图技巧，例如如何绘制能带图、态密度图、磁结构图等，对我来说都非常有启发。这本书极大地提升了我进行科学计算的效率和质量，让我能够更专注于物理问题的本质，而不是被编程细节所困扰。

评分☆☆☆☆☆

好书。。。。。。。

评分☆☆☆☆☆

不错挺好，好好学习！

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给学校实验室买的，挺好的

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不错的书

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给学校实验室买的，挺好的

评分☆☆☆☆☆

不错的书

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一般的书

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给学校实验室买的，挺好的

评分☆☆☆☆☆

好