數字信號處理實驗與學習指導(高等學校應用型特色規劃教材) 9787302284123 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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宋宇飛 著

圖書標籤:

• 數字信號處理
• 信號處理
• 實驗指導
• 高等教育
• 應用型教材
• 通信工程
• 電子工程
• MATLAB
• 算法實現
• 實踐教學

店鋪： 一鴻盛世圖書專營店

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302284123

商品編碼：29663240997

包裝：平裝

齣版時間：2012-10-01

基本信息

書名：數字信號處理實驗與學習指導(高等學校應用型特色規劃教材)

定價：28.00元

作者：宋宇飛

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2012-10-01

ISBN：9787302284123

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.459kg

編輯推薦

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　　安排瞭基本實驗與綜閤實驗，有助於加深理解數字信號處理的基本原理，並熟悉MATLAB的應用。
　　係統梳理瞭數字信號處理的基本概念和理論綫索，並詳細分析瞭典型例題和部分習題，方便課後的係統練習和鞏固基本知識。

內容提要

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　　本書是立足於工程應用型本科的教學實踐而編寫的數字信號處理實驗與學習指導教材。
　　《高等學校應用型特色規劃教材：數字信號處理實驗與學習指導》是主教材《數字信號處理》的教輔材料，分為實驗指導篇與學習指導篇。實驗指導篇根據數字信號處理的基本概念與原理、重要算法與應用，安排瞭基本實驗與綜閤實驗，方便學生上機練習，以加深理解數字信號處理的基本原理，並熟悉MATLAB的應用；學習指導篇貼近數字信號處理的基本知識點與理論體係，係統梳理數字信號處理的基本概念和理論綫索，並詳細分析典型例題和部分習題，方便學生進行課後的係統練習和鞏固基本知識。
　　本書可作為電子信息類本科專業的教材和其他相關專業的教學參考書，也可作為相關領域工程技術人員的參考書。

目錄

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實驗指導篇
章　基礎實驗
實驗一 時域離散信號的産生和基本運算
一、實驗目的
二、實驗原理與方法
三、實驗內容
四、實驗預習
五、實驗報告
六、實驗參考
實驗二 時域離散係統及係統響應
一、實驗目的
二、實驗原理與方法
三、實驗內容
四、實驗預習
五、實驗報告
六、實驗參考
實驗三 離散時間傅裏葉變換DTFT及IDTFT
一、實驗目的
二、實驗原理與方法
三、實驗內容
四、實驗預習
五、實驗報告
六、實驗參考
實驗四 離散傅裏葉變換DTFT及IDFT
一、實驗目的
二、實驗原理與方法
三、實驗內容
四、實驗預習
五、實驗報告
六、實驗參考
實驗五 用FFT做頻譜分析
一、實驗目的
二、實驗原理與方法
三、實驗內容
四、實驗預習
五、實驗報告
六、實驗參考
實驗六 時域采樣與信號的重建
一、實驗目的
二、實驗原理與方法
三、實驗內容
四、實驗預習
五、實驗報告
六、實驗參考
實驗七 頻域采樣與恢復
一、實驗目的
二、實驗原理與方法
三、實驗內容
四、實驗預習
五、實驗報告
實驗八 用脈衝響應不變法設計IIR數字濾波器
一、實驗目的
二、實驗原理與方法
三、實驗內容
四、實驗預習
五、實驗報告
六、實驗參考
實驗九 用雙綫性變換法設計IIR數字濾波器
一、實驗目的
二、實驗原理與方法
三、實驗內容
四、實驗預習
五、實驗報告
實驗十 用窗函數法設計FIR數字濾波器
一、實驗目的
二、實驗原理與方法
三、實驗內容
四、實驗預習
五、實驗報告
六、實驗參考
實驗十一 用頻率采樣法設計FIR數字濾波器
一、實驗目的
二、實驗原理與方法
三、實驗內容
四、實驗預習
五、實驗報告
實驗十二 用FDATool設計數字濾波器
一、實驗目的
二、實驗原理與方法
三、實驗內容
四、實驗預習
五、實驗報告

第2章　綜閤實驗
綜閤實驗一 利用FFT分析信號頻率成分和功率
一、實驗目的
二、實驗原理
三、實驗內容
四、實驗預習
五、實驗報告
綜閤實驗二 語音信號的采樣和頻譜分析
一、實驗目的
二、實驗原理
三、實驗內容
四、實驗預習
五、實驗報告
綜閤實驗三 用譜減法實現語音增強
一、實驗目的
二、實驗原理
三、實驗內容
四、實驗預習
五、實驗報告

學習指導篇
第3章　時域離散信號與係統
3.1 本章基本要求
3.2 學習要點與公式
3.2.1 信號與係統的類型
3.2.2 典型序列的特點
3.2.3 序列的運算
3.2.4 時域離散係統
3.2.5 時域離散係統的輸入輸齣描述——綫性常係數差分方程
3.2.6 模擬信號的數字處理方法
3.3 典型例題
3.4 習題選解

第4章 時域離散信號與係統的頻域分析
4.1 本章基本要求
4.2 學習要點與公式
4.2.1 DTFT和IDTFT
4.2.2 DTFT的基本性質
……
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《精通數字信號處理：理論、算法與實踐》 內容梗概： 本書旨在為讀者構建一個紮實而全麵的數字信號處理（DSP）知識體係，深入淺齣地講解DSP的核心概念、關鍵理論、主流算法及其在實際工程中的應用。全書內容由淺入深，邏輯清晰，循序漸進，既注重理論的嚴謹性，又強調算法的實用性和工程實現的可行性。本書適閤作為高等院校電子信息工程、通信工程、自動化、計算機科學與技術等相關專業的本科生、研究生教材，也可作為DSP領域的研究人員、工程師及愛好者的重要參考書籍。 第一部分：數字信號處理基礎 本部分奠定DSP學習的基石，旨在讓讀者理解離散時間信號和係統的基本特性，為後續深入學習打下堅實基礎。 第一章：緒論 數字信號處理的重要性與發展曆程： 介紹DSP在現代科技和生活中的 ubiquity，從早期模擬信號處理的局限性引齣數字信號處理的優勢（高精度、靈活性、可編程性等）。簡述DSP的發展曆程，包括早期理論探索、集成電路的發展以及現代高性能DSP芯片的齣現，勾勒齣DSP技術在通信、醫療、音頻、圖像、雷達等領域的廣泛應用前景。 模擬信號與數字信號： 詳細闡述模擬信號和數字信號的定義、區彆與聯係。通過實例說明模擬信號的連續性和數字信號的離散性、量化性，強調采樣和量化在模擬信號嚮數字信號轉換中的關鍵作用。 DSP係統的基本組成： 介紹一個典型的DSP係統的基本模塊，包括信號源、傳感器、模數轉換器（ADC）、數字處理器（DSP芯片或微處理器）、數模轉換器（DAC）以及執行器等，理解信號處理流程。 DSP的主要應用領域： 結閤具體案例，如語音通信中的迴聲消除、音頻處理中的均衡器、圖像處理中的濾波和增強、通信係統中的調製解調等，展示DSP技術的強大能力和廣泛影響力。 第二章：離散時間信號與係統 離散時間信號的錶示與分類： 介紹單位脈衝序列、單位階躍序列、指數序列、正弦序列等基本離散信號，以及周期信號、非周期信號、能量信號、功率信號等分類。重點講解信號的奇偶分解、偶延、左移/右移等基本操作。 離散時間係統的基本概念： 定義離散時間係統，介紹係統的輸入、輸齣、狀態等要素。闡述係統的基本性質：綫性、時不變（LTI）、因果性、穩定性。通過示例說明如何判斷一個係統是否具有這些性質。 捲積和（Convolution Sum）： 深入講解LTI係統的核心運算——捲積和。詳細推導和解釋捲積和的計算過程，展示如何通過輸入信號和係統衝激響應的捲積來計算係統的輸齣。提供不同信號和係統衝激響應的捲積計算示例。 差分方程描述係統： 介紹如何用差分方程來描述和分析離散時間係統。講解零輸入響應（ZIR）和零狀態響應（ZSR），以及全響應的概念。 係統框圖與信號流圖： 介紹如何用框圖和信號流圖來直觀地錶示離散時間係統，特彆是可以用來說明差分方程的實現結構，為後續的係統設計和實現提供可視化工具。 第三章：傅裏葉變換與Z變換 離散時間傅裏葉變換（DTFT）： 引入DTFT的概念，闡述其在分析離散時間信號頻譜特性中的重要作用。推導DTFT的定義，並通過實例計算不同信號的DTFT。重點討論DTFT的收斂條件。 傅裏葉級數（FS）與周期信號的DTFT： 講解周期信號的傅裏葉級數錶示，並將其與DTFT聯係起來，理解周期信號頻譜的離散性。 傅裏葉變換的性質： 詳細列舉並證明DTFT的各種重要性質，如綫性、時移、頻移、時域捲積與頻域乘積的關係、微分等，幫助讀者更靈活地運用DTFT分析信號。 離散傅裏葉變換（DFT）： 介紹DFT的定義，及其與DTFT的關係（DFT是DTFT在離散均勻時間點的采樣）。講解DFT在計算機實現上的優勢，為後續的快速傅裏葉變換（FFT）做鋪墊。 Z變換： 引入Z變換的定義，闡述其作為DTFT的推廣，尤其適用於分析包含指數信號的離散時間係統。詳細推導Z變換的公式，並介紹收斂域（ROC）的概念及其重要性。 Z變換的性質： 列舉並證明Z變換的各種重要性質，如綫性、時移、初值定理、終值定理、捲積定理等，強調Z變換在係統穩定性、因果性分析中的作用。 逆Z變換： 講解如何通過部分分式展開法、留數法等方法計算逆Z變換，從而從係統函數獲得係統的衝激響應。 係統函數（Transfer Function）： 定義係統函數H(z)，闡述其與係統衝激響應h[n]之間的Z變換關係。利用係統函數分析係統的頻率響應和穩定性。 第二部分：數字濾波器的設計與分析 本部分是DSP的核心內容之一，專注於數字濾波器的理論、設計方法和實現技巧，為信號去噪、信號增強、信號分離等應用提供關鍵技術。 第四章：無限衝激響應（IIR）濾波器 IIR濾波器的基本概念： 定義IIR濾波器，強調其衝激響應無限長，通常由反饋結構實現。介紹IIR濾波器的數學模型——差分方程。 IIR濾波器的頻率響應： 講解如何從係統函數H(z)的零、極點分布分析IIR濾波器的頻率響應特性，理解濾波器對不同頻率信號的衰減或增強作用。 IIR濾波器的穩定性與因果性： 深入分析IIR濾波器穩定性和因果性的判彆條件，重點是極點在單位圓內的要求。 IIR濾波器的設計方法： 模仿模擬濾波器設計法： 詳細介紹雙綫性變換法，如何將已有的模擬濾波器（如巴特沃斯、切比雪夫、橢圓濾波器）的係統函數通過雙綫性變換轉換為數字IIR濾波器。討論預畸變（pre-warping）的必要性。 直接設計法： 介紹基於幅頻特性的設計方法，如幅頻綫性要求的設計。 IIR濾波器的實現結構： 介紹直接型、標準二階型（biquad）等不同實現結構，分析它們的優點和缺點（如計算量、對係數量化誤差的敏感性）。 第五章：有限衝激響應（FIR）濾波器 FIR濾波器的基本概念： 定義FIR濾波器，強調其衝激響應有限長，不存在反饋，因此天然穩定且容易實現。 FIR濾波器的頻率響應： 分析FIR濾波器幅頻響應的對稱性，及其與衝激響應時域對稱性的關係。 FIR濾波器的綫性相位： 重點講解綫性相位FIR濾波器的重要性，即相位失真小，在音頻、圖像處理等領域尤為關鍵。推導綫性相位FIR濾波器的條件，包括四種類型。 FIR濾波器的設計方法： 窗函數法： 詳細介紹使用不同的窗函數（矩形窗、漢寜窗、海明窗、凱塞窗等）截斷理想濾波器的衝激響應，並分析不同窗函數對濾波器性能（阻帶衰減、過渡帶寬度）的影響。 頻率采樣法： 介紹通過指定濾波器在特定頻率點的幅度和相位來設計FIR濾波器。 優化設計法（Parks-McClellan算法）： 深入介紹Parks-McClellan算法（也稱Remez交換算法），這是一種最優設計方法，可以設計齣在給定的通帶和阻帶內達到最小最大紋波的FIR濾波器。講解算法的原理、迭代過程和應用。 FIR濾波器的實現結構： 介紹直接型、穿行型（transposed direct form）等實現結構，以及其在硬件實現上的效率。 第六章：濾波器設計實例與比較 低通、高通、帶通、帶阻濾波器的設計： 結閤實例，演示如何設計不同類型的IIR和FIR濾波器，包括巴特沃斯、切比雪夫、海明窗FIR等，並展示其設計參數（截止頻率、阻帶衰減、過渡帶寬度）。 IIR與FIR濾波器的性能比較： 從穩定性、計算復雜度、相位特性、濾波器階數、對係數量化誤差的敏感性等方麵，係統地比較IIR和FIR濾波器的優缺點，幫助讀者根據具體應用場景選擇閤適的濾波器類型。 陷波濾波器設計： 講解如何設計陷波濾波器，用於去除特定頻率的噪聲，例如工頻乾擾。 第三部分：數字信號處理的算法與應用 本部分將深入探討DSP中的核心算法，並結閤實際應用場景，展示DSP技術的強大功能和廣闊前景。 第七章：抽樣定理與信號重建 奈奎斯特抽樣定理： 詳細闡述奈奎斯特抽樣定理，理解信號帶寬與抽樣頻率之間的關係，以及過采樣和欠采樣的後果。 采樣過程的數學描述： 使用脈衝序列與原始信號相乘來模擬采樣過程，並分析其頻譜特性。 插值與信號重建： 講解如何通過插值濾波器從離散的采樣點重建原始連續信號。介紹sinc函數插值、綫性插值、多項式插值等方法。 抗混疊濾波器： 強調在ADC之前使用抗混疊濾波器（低通濾波器）的重要性，以避免欠采樣引起的混疊現象。 第八章：快速傅裏葉變換（FFT）算法 FFT的原理與重要性： 介紹FFT作為一種高效計算DFT的算法，極大地降低瞭計算復雜度，使得傅裏葉分析在實時係統中成為可能。 按時間抽取的FFT（Cooley-Tukey算法）： 詳細推導和講解Cooley-Tukey算法，包括蝶形運算（butterfly operation）的概念，以及如何通過分治法將N點DFT分解為兩個N/2點DFT。 按頻率抽取的FFT： 簡要介紹按頻率抽取的FFT算法。 FFT的應用： 講解FFT在頻譜分析、捲積計算（利用捲積定理）、相關計算等方麵的應用。 第九章：自適應信號處理 自適應濾波器的概念與基本原理： 介紹自適應濾波器的核心思想，即濾波器係數可以根據輸入信號的統計特性動態調整，以實現最優的濾波性能。 最小均方（LMS）算法： 詳細講解LMS算法的原理，包括代價函數（均方誤差）、梯度下降法、步長（learning rate）等。推導LMS算法的更新公式。 遞歸最小二乘（RLS）算法： 介紹RLS算法，分析其比LMS算法收斂速度更快，但計算量更大的特點。 自適應濾波器的應用： 講解自適應濾波器在噪聲消除（如語音降噪）、迴聲消除、均衡（通信信道均衡）、模式識彆等領域的實際應用。 第十章：相關與捲積 自相關與互相關： 定義自相關函數和互相關函數，並分析它們的性質。講解如何利用相關來檢測信號、估計時延、識彆信號模式。 相關與捲積的關係： 闡述相關與捲積在數學上的緊密聯係，強調捲積是LTI係統的核心運算，而相關則用於比較信號的相似性。 基於FFT的捲積計算： 介紹如何利用FFT和捲積定理，通過頻域乘積來高效計算綫性捲積和圓周捲積。 第十一章：多速率信號處理 采樣率變化（升采樣與降采樣）： 講解如何通過插入零或重復采樣點實現信號的升采樣（插值），以及如何通過抽取樣本點來降低采樣率（降采樣）。 多速率濾波器的設計： 介紹多速率係統中濾波器的重要性，如抗混疊濾波器和抗鏡像濾波器。 多速率信號處理的應用： 探討多速率信號處理在通信係統（如多載波通信）、音頻處理、圖像處理等領域的應用。 第十二章：數字信號處理在通信係統中的應用 數字調製與解調： 介紹ASK、FSK、PSK、QAM等數字調製技術，以及相應的解調原理，如匹配濾波器（Matched Filter）的設計。 信道編碼與解碼： 簡要介紹糾錯碼的作用，如漢明碼、捲積碼，以及它們在提高通信係統可靠性方麵的作用。 OFDM技術： 詳細介紹正交頻分復用（OFDM）技術，包括其基本原理（將高速數據分解成多個低速子載波傳輸）、FFT/IFFT在OFDM中的應用、循環前綴（CP）的作用等。OFDM已成為現代無綫通信（如Wi-Fi、LTE、5G）的核心技術。 軟件定義無綫電（SDR）： 介紹SDR的概念，以及DSP在SDR係統中實現靈活的無綫通信功能的重要性。 第十三章：數字信號處理在圖像與音頻處理中的應用 圖像處理基礎： 圖像的錶示與采樣： 介紹灰度圖像和彩色圖像的錶示方式，以及圖像的數字化過程。 圖像增強： 講解點處理（如對比度拉伸、直方圖均衡）、空間域濾波（如平滑濾波、銳化濾波）、頻率域濾波（如低通、高通濾波）等圖像增強技術。 圖像復原： 介紹退化模型，以及如何通過逆濾波、維納濾波等方法來復原退化的圖像。 圖像壓縮： 簡要介紹無損壓縮和有損壓縮的基本原理，如JPEG標準中的DCT變換。 音頻處理基礎： 音頻信號的數字化： 介紹音頻信號的采樣率、量化位數等參數。 音頻信號的濾波與均衡： 講解如何使用數字濾波器來調整音頻的頻率特性，實現音效增強。 音頻降噪： 介紹譜減法、維納濾波等音頻降噪算法。 語音信號處理： 簡要介紹語音的産生機製，以及語音識彆、語音閤成的基本概念。 附錄 常用的數學公式與性質匯總 MATLAB/Python DSP工具箱簡介與常用函數示例 本書在內容組織上力求理論與實踐相結閤，每一章的講解都伴隨著豐富的例題和必要的數學推導，並輔以大量的圖示，幫助讀者建立直觀的理解。在算法介紹部分，不僅會講解其原理，還會剖析其計算復雜度，並結閤實際應用場景，給齣具體的實現思路。此外，本書還特彆注重工程實現的細節，如係數的量化誤差、運算的溢齣問題等，為讀者將來從事實際的DSP係統開發打下良好的基礎。本書期望通過詳實的講解和深入的分析，幫助讀者真正掌握數字信號處理的精髓，並能將其靈活應用於各種實際工程問題中。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容組織簡直是一場精彩的智力冒險，它沒有一上來就堆砌那些晦澀難懂的公式，而是采用瞭循序漸進的方式，仿佛一位經驗豐富的老師在耐心地引導我們進入一個全新的知識領域。我特彆欣賞它在引入新概念時所采用的那些巧妙的比喻和生活化的例子，這些“引子”一下子就打破瞭我對某些抽象理論的畏懼感，讓我能迅速抓住核心思想的脈絡。比如，它解釋某個濾波器的原理時，不是簡單地拋齣一個數學錶達式，而是先描繪一個現實中類似的情境，再用這個情境來“構建”齣這個理論的必要性和運作方式，這種沉浸式的學習體驗非常棒。對於一些復雜的算法推導，作者似乎非常理解學生在哪個步驟最容易卡住，所以會在關鍵的過渡點上增加額外的解釋和旁注，讓整個學習過程充滿瞭“豁然開朗”的驚喜感。這種設計，極大地提升瞭學習的效率和興趣，讓人感覺這不是在啃教材，而是在和一位高水平的導師進行深度對話。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和排版真是讓我眼前一亮，初上手感覺非常舒服。紙張的質感不錯，拿在手裏沉甸甸的，一看就是用心製作的教材。封麵設計簡潔大氣，透著一股專業範兒，不像有些教材那樣花裏鬍哨。內頁的字體大小和行距設置得很閤理，閱讀起來一點都不費勁，即使長時間盯著看，眼睛也不會太纍。而且，這本書的目錄結構清晰明瞭，章節劃分邏輯性很強，讓我能很快找到自己想學習或者復習的重點內容。在學習過程中，我發現作者在細節處理上非常到位，比如圖錶的清晰度和專業性，每一個公式和關鍵概念的標注都非常準確，這對於我們這種需要深入理解理論的學習者來說，無疑是一個巨大的加分項。總的來說，從實體書的質感和閱讀體驗上來說，這本書絕對是教科書中的上乘之作，讓人有種想立刻捧起來仔細研讀的衝動，看得齣來齣版方在生産環節的把控非常嚴格，確實配得上“特色規劃教材”這個名號。

評分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格真是太接地氣瞭，用詞精準又不失活力，完全沒有那種傳統教材特有的乾巴巴的學術腔調。閱讀起來，你會感覺到作者的知識儲備深厚，但錶達方式卻非常親切自然，仿佛老朋友在給你講解一個很酷的技術。在處理一些跨學科的知識點交叉融閤時，它的敘述流暢得驚人，很少齣現需要反復閱讀纔能理清邏輯關係的情況。我特彆喜歡它在某些特定章節末尾設置的“思考題”或者“拓展閱讀建議”，這些往往不是直接的練習題，而是引導你去探索更前沿或者更深入的領域，有效地激發瞭我的自主學習動力和好奇心。這種鼓勵探索的精神，對於培養具有創新思維的專業人纔來說，比死記硬背重要得多。可以說，這本書的文字本身就具有一種引導性，它不僅傳授知識，更是在塑造一種積極探索、勇於實踐的學習態度。

評分☆☆☆☆☆

作為一名動手能力要求很強的學習者，我最看重教材的實踐指導性，而這本書在這方麵展現齣瞭卓越的水準。它不僅僅停留在理論講解的層麵，而是緊密結閤實際應用場景，為我們搭建瞭一個非常堅實的實踐平颱。每一個章節後麵配套的實驗設計都極具針對性和挑戰性，不會是那種為瞭湊數而設置的簡單操作，而是真正能讓你把書本上的知識點轉化為實際代碼或硬件操作的“試金石”。更難能可貴的是，它在描述實驗步驟時，不僅告訴你“做什麼”，更深入地解釋瞭“為什麼這麼做”，這種知其然也知其所以然的教學方式，極大地培養瞭我們獨立分析和解決問題的能力。我感覺自己在使用這本書的過程中，已經開始像一個真正的工程師那樣去思考和調試，而不是僅僅停留在理論概念的背誦上。這種“做中學”的理念，在這本書裏得到瞭完美的貫徹和體現，是真正能讓人技能得到飛躍的實用型教材。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我接觸過不少同類教材，但這本書在對知識點進行深度剖析和結構化梳理方麵，做得尤其齣色。它在處理復雜概念時，總能找到一個最佳的平衡點，既保證瞭理論的嚴謹性，又避免瞭不必要的繁瑣。作者對於如何構建一個完整的知識體係有著清晰的認知，你會發現前一章的內容是如何自然地為後一章的深入分析打下堅實基礎的，整個知識體係就像一個精密設計的建築群，穩固而有邏輯。對於那些需要跨領域學習的讀者來說，這本書的“知識橋梁”作用非常明顯，它能有效地幫助我們理清不同理論之間的相互聯係和製約關係，避免瞭知識點碎片化的問題。這種整體觀的構建，是衡量一本優秀教材的關鍵標準之一，而這本書無疑在這方麵達到瞭極高的水準，讓人讀完後感覺對整個學科的認識都上升到瞭一個新的維度。