計算機工業的神速發展,個人電腦的普及,已經使得計算機的應用愈來愈為普遍化及廣泛化。利用計算機從事工程理論分析、系統模擬、設計及控制,已成為每位工程人員所必須具備的基本知識。國內各大專院校工程科系,為因應這種潮流,也在各種課程中,逐漸加重學生在計算機應用上的訓練。
傳統上,教師們在講授數值方法或計算機應用課程時,通常都著重在基本原理的講述,然後要求同學們自行設計程式來解決問題。修課的同學們因為缺乏撰寫程式的經驗,因此,經常需花費相當長的時間才能完成一項工作,使得部分同學可能產生挫折感,而減少了積極學習使用計算機解決工程問題的意願。
多年前筆者任教於台灣大學化學工程學系時,就是因為學生普遍反應學習計算機程式撰寫及數值解析與應用時,常感到有學習障礙,入門相當困難。尤其是想將數值方法應用於工程領域解決實際問題時,常覺得有進入障礙,不知如何動手。因此,筆者乃思考應該改變傳統教授數值解析的方法,調整成引導學生如何瞭解程式結構及學習使用已有程式,讓學習者去除學習障礙後,再教導學習程式撰寫及修改技巧,這是編寫本書的原始動機。
本書編寫方式就是希望讓讀者了解某一種數值方法後,能馬上利用所提供的完整程式,以極短的時間實際地去執行、去體驗這種方法在工程問題上的用法。進而利用書末所附問題進行演練,了解程式的修改、用法及特性,提高學習效率。
本書手稿完成後,曾在台灣大學化學工程學系試用作為大學三、四年級「數值解析」選修課程的教材,結果學生反應非常良好,學習效果也好得讓我自己都感到意外。撰寫本書初稿時,程式都是採用BASICA語言編寫,使用上相對得較為不便。近年來,由於Microsoft Visual Basic被普遍使用,因此將所有程式重新改寫成Visual Basic版本。並將程式修改得更易讀、易用。此外,對於求解微分方程式的部分,也全部改寫,並進一步加強所附程式收斂速度的處理,使本書所提供的程式效率相對優於其他書籍。另外由於近年來Microsoft Excel的普及,本書特別在部分設計問題上,增附其應用實例,以供讀者參考。
筆者於1987獲得博士學位後,離開台大教職,轉而投入技術研發及工程建設行列,一轉眼就是十幾年時間的工作歷練;期間大量應用計算機協助解決各種設計計算問題,對於數值解析及方法的應用,更能體會其中的精神與奧妙。此次出版本書,決定以開放式的胸襟來處理這本書,對於說明部分儘量詳盡,隨書並附贈光碟,以方便讀者使用。此外,不論全書的文字檔、程式碼,都放置在網站上,讓讀者能更方便取用與使用﹔同時隨時提供錯誤更正及程式更新,讓讀者能得到最好的服務。
本書並同時發行繁體字版及簡體字版,以利世界各地區華人學子及工程師之閱讀使用。希望這本書的完成,能對有心想學好數值解析及計算機在工程應用的學子或人士有所助益。
感謝愛女張瑋純及張瑋蘋協助改寫初稿部分內容,並負責打字、校對、程式修改、測試、美工完稿及封面設計。也感謝我心愛的太太劉淑鳳女士,由於她一直無怨無悔的支持,我才能如願完成冗長的求學歷程,全力以赴在工作上求取發展。也由於她的支持,我才能在繁忙的工作之暇,專心完成本書。
最後,但也是最重要的,要感謝恩師李少梅博士在二十多年前的啟蒙,使我能夠徹底了解數值解析及各種數學方法的奧妙。在台灣大學化學工程學系攻讀學位時,追隨恩師李少梅博士長達十年的時間,雖然所鑽研的是熱傳工學及輸送現象,但李少梅博士的為人處世、治學精神、人生涵養、工作態度,多年來一直都是我學習的榜樣。另外,台大化工系呂維明教授多年的諄諄教誨與鼓勵提攜,對我的生涯發展影響既深且遠;隨著年歲的增長,回首從前越是覺得師恩浩瀚。願以誠摯感恩的心將本書獻給李老師及呂老師。
張榮興博士 謹識
於 台灣省 台中市
西元2001年11月