短距离无线通信技术及其实验/普通高等教育电子通信类国家级特色专业系列规划教材

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夏玮玮,刘云,沈连丰 著
图书标签:
  • 无线通信
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  • 实验
  • 蓝牙
  • Zigbee
  • NFC
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出版社: 科学出版社
ISBN:9787030411372
版次:1
商品编码:11663713
包装:平装
丛书名: 普通高等教育电子通信类国家级特色专业系列规划教材
开本:16开
出版时间:2014-06-01
用纸:胶版纸
页数:242
字数:329000
正文语种:中文

具体描述

内容简介

  本书重点论述Bluetooth(蓝牙)、Zigbee、RFID等短距离无线通信技术并给出对应的实验。全书共分为12章,主要内容包括蓝牙数字基带仿真、蓝牙语音传输、蓝牙数据传输、蓝牙电话网接入、蓝牙局域网接入、蓝牙无线多点组网、Zigbee协议栈与CSMA.CA机制、Zigbee无线组网、基于Zigbee技术的无线传感器网络、RFID基本读写与性能分析、基于RFID技术的智慧校园和智能医护的应用等。书中深入浅出地阐述了短距离无线通信技术的基本理论和工作原理,给出了每个实验涉及的基本原理、实验设备与软件环境、实验内容、实验步骤以及预习和实验报告要求。读者通过全面参与来体验这些新技术,能够对短距离无线通信系统获得实际的感受和直接的经验。
  本书可作为高等院校通信类、信息类、电子类、计算机科学与工程类、理工科其他学科本科生或研究生“短距离无线通信技术”课程和实验的配套教材,也可作为相关的科研、生产及管理人员的参考书。

内页插图

目录

前言
第1章 蓝牙数字基带仿真
1.1 引言
1.2 基本原理
1.2.1 蓝牙技术发展概况
1.2.2 蓝牙技术特点
1.2.3 蓝牙系统组成
1.2.4 蓝牙基带系统介绍
1.2.5 差错控制编码
1.2.6 跳频扩频原理及算法
1.2.7 通信系统安全性
1.3 实验设备与软件环境
1.4 实验内容
1.5 实验步骤
1.5.1 差错控制实验
1.5.2 跳频扩频实验
1.5.3 加密解密实验
1.6 预习要求
1.7 实验报告要求
1.8 思考题

第2章 蓝牙语音传输
2.1 引言
2.2 基本原理
2.2.1 脉冲编码调制
2.2.2 增量调制
2.2.3 蓝牙设备的语音和数据传输
2.3 实验设备与软件环境
2.4 实验内容
2.5 实验步骤
2.5.1 语晋编码
2.5.2 语音传输
2.5.3 软件编程(可选)
2.6 预习要求
2.7 实验报告要求
2.8 思考题
2.9 附录

第3章 蓝牙数据传输
3.1 引言
3.2 基本原理
3.2.1 网络的体系结构
3.2.2 协议与体系结构
3.2.3 计算机数据传输基本概念
3.2.4 数据传输实验中设计的协议层
3.3 实验设备与软件环境
3.4 实验内容
3.5 实验步骤
3.5.1 面向连接的操作
3.5.2 面向无连接的操作
3.5.3 自环
3.5.4 软件编程(可选)
3.6 预习要求
3.7 实验报告要求
3.8 思考题
3.9 附录

第4章 蓝牙电话网接入
4.1 引言
4.2 基本原理
4.2.1 公用电话交换网络
4.2.2 电话工作原理
4.2.3 基于蓝牙技术的PSTN接入系统
4.2.4 电话控制协议
4.3 实验设备与软件环境
4.4 实验内容
……
第5章 蓝牙局域网接入
第6章 蓝牙无线多点组网
第7章 Zigbee协议栈与CSMA/CA机制
第8章 Zigbee无线组网
第9章 基于Zigbee技术的无线传感器网络
第10章 RFID基本读写与性能分析
第11章 基于RFID技术的智慧校园应用
第12章 基于RFID技术的智能医护应用
参考文献

前言/序言


短距离无线通信技术及其实验 —— 探索无限可能,连接未来世界 本书旨在系统深入地探讨短距离无线通信(Short-Range Wireless Communication, SRWC)的核心技术原理、关键设计要素以及实际应用。在当今万物互联的时代,短距离无线通信已成为连接人与人、人与物、物与物之间不可或缺的桥梁,其发展速度之快、应用领域之广,前所未有。从智能家居的便捷控制,到工业物联网的高效协同,再到可穿戴设备的个性化服务,SRWC的身影无处不在,深刻地改变着我们的生活方式和工作模式。 本书的编写,不仅聚焦于当前主流的短距离无线通信技术,如蓝牙(Bluetooth)、Wi-Fi(IEEE 802.11系列)、Zigbee、NFC(Near Field Communication)、UWB(Ultra-Wideband)等,更着眼于其背后的物理层原理、链路层协议、网络层架构以及安全机制。通过对这些技术的剖析,读者将能够建立起对SRWC的全面认知,理解其各自的优势、局限性以及适用场景。 一、 技术原理的深度解析 在物理层,本书将详细阐述无线信号的产生、传播、接收过程。这包括对电磁波理论的基础回顾,不同频段(如ISM频段)的特性分析,以及调制解调技术(如ASK, FSK, PSK, QAM等)的工作原理。读者将了解信号如何被编码、转换成无线电波,在空气中传播时会遇到的衰减、干扰、多径效应等挑战,以及接收端如何将无线电波还原成原始数据。特别地,对于不同技术在物理层上的差异化设计,例如蓝牙和Wi-Fi在信道编码、跳频或OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)等方面的选择,将进行深入对比,揭示其对通信速率、可靠性和功耗的影响。 链路层是实现可靠数据传输的关键。本书将重点介绍各SRWC技术在数据帧的构成、介质访问控制(MAC)机制、错误检测与纠正、以及流量控制等方面的具体实现。例如,对于Wi-Fi,我们将探讨CSMA/CA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)在避免冲突中的作用;对于Zigbee,将分析其基于IEEE 802.15.4标准的MAC层帧结构和信道接入方式。理解这些机制,对于优化网络性能、提高数据传输效率至关重要。 二、 核心技术的全面覆盖 蓝牙(Bluetooth):作为目前最广泛应用的短距离无线技术之一,本书将深入剖析蓝牙的经典模式(BR/EDR)和低功耗模式(BLE)。从基础的配对连接、数据传输速率,到BLE在节能方面的创新,如Advertising、GATT(Generic Attribute Profile)架构、扫描响应等,都将得到详细的讲解。本书还会探讨蓝牙Mesh网络的应用,实现设备间的组播和广播通信,为智能家居和物联网提供更灵活的组网方案。 Wi-Fi(IEEE 802.11系列):聚焦于Wi-Fi在短距离通信中的角色,特别是其高带宽、低延迟的优势。本书将覆盖Wi-Fi 4(802.11n)、Wi-Fi 5(802.11ac)、Wi-Fi 6(802.11ax)等最新标准,分析OFDMA、MU-MIMO(Multi-User Multiple-Input Multiple-Output)、BSS Coloring等关键技术如何提升频谱效率和容量。同时,也会讨论Wi-Fi Direct在无需AP(Access Point)的情况下实现设备间直连的便利性。 Zigbee:作为低功耗、低速率、低成本的无线传感器网络协议,Zigbee在工业自动化、智能家居、环境监测等领域有着重要的应用。本书将详细介绍Zigbee的网络拓扑(星型、树型、网状)、设备角色(协调器、路由器、终端设备)以及其基于IEEE 802.15.4标准的MAC和PHY层。重点将放在Zigbee的簇(Cluster)和端点(Endpoint)概念,以及如何构建可扩展的Zigbee网络。 NFC(Near Field Communication):一种近距离、低速的无线通信技术,常用于支付、身份识别、数据交换等场景。本书将阐述NFC的工作原理,包括其与RFID(Radio-Frequency Identification)的关系,以及两种通信模式:主动模式和被动模式。读者将了解NFC标签的类型(Type 1-4)、NFC Forum定义的数据格式(NDEF)以及在移动支付、门禁控制等方面的实际应用。 UWB(Ultra-Wideband):以其极高的带宽、极低的功耗和极高的定位精度而著称,UWB在室内定位、资产追踪、近场通信等领域展现出巨大潜力。本书将探讨UWB的核心技术,如脉冲无线电(Impulse Radio)、传播时间(Time of Flight, ToF)测量以及多径信号的利用。将详细介绍UWB的定位原理、精度优势以及在厘米级定位、实时物体追踪等方面的创新应用。 三、 设计要素与优化策略 除了技术原理和核心协议,本书还将深入探讨短距离无线通信系统的设计要素,包括: 天线设计:不同类型天线(如PCB天线、陶瓷天线、偶极子天线)在SRWC中的选择与优化,以及天线性能对通信距离、辐射效率和方向性的影响。 射频前端设计:包括低噪声放大器(LNA)、功率放大器(PA)、滤波器、混频器等关键射频器件的选型与电路设计,以及它们如何影响信号的接收灵敏度和发射功率。 功耗管理:在电池供电设备日益增多的今天,功耗是SRWC系统设计的重要考量。本书将介绍各种功耗优化技术,如低功耗模式、动态功耗调整、休眠机制等。 抗干扰技术:无线环境的复杂性使得干扰无处不在。本书将讨论包括频率选择、扩频技术、滤波器设计、信号处理等多种抗干扰策略。 安全性机制:从链路层到应用层,SRWC系统的安全性至关重要。本书将介绍加密算法(如AES)、密钥协商、身份认证等安全机制,以及如何防范常见的安全威胁。 四、 实验教学与实践指导 本书的另一大特色在于其丰富的实验设计。为了帮助读者将理论知识转化为实践能力,本书提供了精心设计的实验项目,涵盖了从基础的信号测量到复杂的网络构建。通过动手实践,读者将能够: 掌握测试仪器使用:熟悉信号发生器、频谱分析仪、网络分析仪、示波器等常用射频测试仪器的操作,理解其在SRWC系统调试中的作用。 验证通信协议:通过搭建简单的通信链路,验证蓝牙、Wi-Fi等协议的数据传输流程、连接建立过程,以及数据帧的结构。 性能评估与优化:学习如何通过实验测量,评估SRWC系统的通信距离、数据速率、误码率、功耗等关键性能指标,并尝试进行参数优化。 传感器网络构建:动手搭建基于Zigbee或BLE的传感器网络,实现数据的采集、传输和处理,体验物联网应用的魅力。 定位技术实现:尝试利用UWB或Wi-Fi进行简单的室内定位实验,理解定位算法的基本原理。 五、 应用前景与发展趋势 本书的最后部分将展望短距离无线通信技术的未来发展方向,包括: 5G与SRWC的融合:探讨5G NR(New Radio)与Wi-Fi 6E等SRWC技术如何协同工作,实现更广泛的连接和更高的业务体验。 人工智能在SRWC中的应用:分析AI如何用于优化无线通信性能、智能识别干扰、以及实现更智能的设备管理。 太赫兹(THz)通信:介绍超高频段的潜在应用,以及其在未来超高速短距离通信中的可能性。 安全与隐私:随着物联网设备数量的激增,如何构建更安全、更注重隐私的SRWC系统将是未来研究的重点。 本书适合高等院校电子信息工程、通信工程、计算机科学与技术等相关专业的学生使用,也可作为从事相关领域研发工作的工程师和技术人员的参考资料。通过阅读本书,读者将不仅能深刻理解短距离无线通信技术的核心,更能掌握其实验方法和设计思路,为未来在智能互联时代的发展奠定坚实的基础。

用户评价

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拿到这本《短距离无线通信技术及其实验》,我怀着一丝期待翻开。作为一名在通信领域摸爬滚打了几年,但又渴望深入理解底层原理的工程师,我一直觉得,很多时候我们依赖成熟的框架和工具,对“为什么”的理解却有些模糊。这本书的标题“短距离无线通信技术”本身就足够吸引我,因为它触及了我们日常生活中无处不在的技术,比如蓝牙、Wi-Fi,甚至是一些物联网传感器。但更重要的是,它后面加上了“及其实验”,这让我看到了理论与实践相结合的可能性,这对我而言尤为宝贵。 我特别关注的是,本书是否能清晰地阐述短距离无线通信的物理层和MAC层原理。例如,在蓝牙的低功耗技术(BLE)方面,我希望它能详细讲解其跳频(frequency hopping)和自适应跳频(adaptive frequency hopping)机制,以及这些技术如何在拥挤的2.4GHz频段中实现有效的抗干扰和提高通信可靠性。同时,对于Wi-Fi的标准演进,如802.11n、802.11ac,乃至最新的802.11ax(Wi-Fi 6),我期待书中能深入分析它们在数据传输速率、频谱利用效率、多用户吞吐量等方面的提升所依赖的关键技术,例如MIMO(多输入多输出)、OFDMA(正交频分多址访问)等。 此外,本书的实验部分是吸引我的另一大亮点。我深信,理论知识只有通过动手实践才能真正内化。因此,我非常期待书中能够提供一套系统、可操作性强的实验设计。这些实验最好能够覆盖从基础的信号收发到更复杂的通信协议栈的实现。例如,使用SDR(软件定义无线电)平台进行信号频谱分析,观察不同调制解调方式下的信号特征;或者搭建一个简单的点对点蓝牙通信链路,调试其配对和数据传输过程。希望实验指导能够清晰明确,附带必要的硬件清单、软件工具介绍以及预期的实验结果分析,这样才能帮助我们这些非实验室出身的读者也能顺利完成实验,并从中获得深刻的理解。 另一层面,我关注的是本书在实际应用案例方面的深度。短距离无线通信技术并非仅仅停留在理论层面,它们广泛应用于智能家居、工业自动化、医疗健康、汽车电子等众多领域。我希望能从书中看到一些具体的应用场景分析,例如,在智能家居中,Zigbee和Thread等协议如何协同工作,实现设备的互联互通和远程控制;在工业领域,低功耗蓝牙如何用于资产跟踪和状态监测;在可穿戴设备领域,如何权衡功耗与数据传输需求。这些案例分析不仅能帮助我们理解技术在现实世界中的价值,还能启发我们在工作中如何更好地运用这些技术来解决实际问题。 最后,从学习者的角度出发,我非常看重教材的易读性和逻辑性。一本优秀的教材,应该能够将复杂的技术概念用清晰易懂的语言解释清楚,并辅以恰当的图示和示例。希望本书在内容组织上能够做到循序渐进,从基础概念逐步深入到高级主题,避免内容跳跃或者过于晦涩。同时,语言风格上,期待它能避免过于学术化或官僚化的表达,而是更贴近读者的学习习惯,让读者在阅读过程中能够保持学习的兴趣和动力。如果书中还能包含一些思考题或课后习题,那就更完美了,这有助于我们检验学习成果,巩固知识。

评分

当我翻开这本《短距离无线通信技术及其实验》时,我首先被其内容覆盖的广度所吸引。它不仅仅关注于某一种或几种短距离无线通信技术,而是试图构建一个更全面的图景。我一直认为,理解一个技术领域,需要从其基础理论出发,然后深入到具体的实现细节,最后再将其放在更广阔的应用场景中去考察。 我特别希望书中能对各种短距离无线通信技术(如Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee, NFC, UWB等)的物理层特性进行详细的对比分析。例如,在频谱占用、传输速率、通信距离、功耗、以及抗干扰能力等方面,它们各自的优势和劣势是什么?书中对这些基础物理特性的深入探讨,对于我们选择合适的技术方案至关重要。同时,我也期待它能详细介绍MAC层的介质访问控制机制,例如CSMA/CA在Wi-Fi和Zigbee中的具体实现,以及不同技术在信道划分和资源分配上的策略。 本书中的“实验”二字,对我来说具有非凡的吸引力。我深信,脱离了实践的理论是苍白的。因此,我非常期待书中能够提供一套系统、完整的实验指导。这些实验最好能够涵盖从基础的信号产生与采集,到通信协议的分析与实现。例如,利用示波器和频谱分析仪来观察不同调制方式下的信号特征,或者通过软件定义无线电(SDR)平台来捕捉和分析Wi-Fi或蓝牙的数据帧。我希望实验的指导语能够清晰明了,包含必要的硬件和软件要求,以及对实验结果的详细解读,帮助读者真正理解技术背后的原理。 此外,我非常关注本书在短距离无线通信安全性方面的论述。随着物联网设备数量的激增,安全性问题日益突出。我希望书中能够探讨不同通信协议的安全机制,例如Wi-Fi的WPA3协议,蓝牙的配对和加密过程,以及Zigbee的安全特性。了解这些安全机制的原理和潜在的漏洞,对于构建安全可靠的无线通信系统至关重要。我期待书中能提供一些实际的安全威胁分析和防护建议。 最后,从一个初学者的角度,我希望这本书能够做到语言通俗易懂,结构逻辑清晰,能够引导我逐步掌握短距离无线通信的知识体系。我期待书中能有丰富的图示和表格,帮助我理解复杂的概念,并能有相关的案例分析,将技术理论与实际应用联系起来。如果书中还能包含一些启发性的思考题,那将极大地帮助我巩固学习成果,并培养解决实际问题的能力。

评分

这是一本深入探讨短距离无线通信技术的图书,它以一种非常扎实的方式,从基础概念出发,逐步深入到复杂的理论和实际应用。我尤其欣赏它在技术原理部分的讲解,并没有停留在表面,而是对各种通信协议的底层机制进行了细致的剖析。例如,书中关于射频信号的传播特性、衰减、干扰等方面的论述,就非常详尽,这对于理解无线通信的瓶颈和挑战至关重要。我期待它能清晰地解释不同调制方式(如FSK、ASK、PSK、QAM)在短距离通信中的优缺点,以及它们如何影响数据传输的效率和可靠性。 在深入研究各种通信标准时,我希望本书能提供关于IEEE 802.15.4的标准解读,这是Zigbee和Thread等技术的基础。了解其帧结构、地址分配、信道访问机制(如CSMA/CA)等,对于理解这些低功耗、低速率无线网络的工作原理至关重要。同时,对于Wi-Fi技术,我希望书中不仅讲解其不同版本的演进,还能深入到其物理层编码、信道估计、以及MAC层调度策略等细节。例如,OFDM(正交频分复用)在Wi-Fi中的应用,如何实现高数据速率的同时抵抗多径效应,这些都是非常值得深入研究的内容。 本书的实验环节对我来说具有极大的吸引力。我非常期待能够通过实际操作来验证理论知识。希望书中提供的实验能够涵盖不同层次的难度,从搭建简单的射频收发链路,到实现一个基本的无线传感器网络节点。例如,利用示波器和频谱分析仪观测不同调制信号的时域和频域特征,或者通过开发板(如Arduino、ESP32)编写代码,实现蓝牙或Zigbee设备的配对、数据传输和简单的网络组网。这些动手实践,将有助于我们更好地理解通信过程中的各种现象,并培养解决实际问题的能力。 另外,我对书中关于短距离无线通信在物联网(IoT)领域应用的部分非常感兴趣。我希望它能详细介绍NB-IoT、LoRa等LPWAN(低功耗广域网)技术,并分析它们与蓝牙、Wi-Fi等技术的定位和差异。例如,NB-IoT如何满足大规模设备连接和低功耗的需求,LoRa如何实现远距离通信和低成本部署。同时,我也希望看到书中关于数据安全和隐私保护在短距离无线通信中的讨论,这在日益互联的物联网时代显得尤为重要。 最后,从学习者的角度来看,我非常看重教材的逻辑性和系统性。一本好的教材,应该能够引导读者建立起完整的知识体系。我希望本书在章节安排上能够合理,从宏观到微观,从原理到应用,层层递进。同时,语言风格上,期待它能够做到既有学术的严谨性,又不失易读性,能够让不同背景的读者都能理解。如果书中能够提供丰富的图例、表格以及清晰的框图,那将极大地提升阅读体验。

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这本《短距离无线通信技术及其实验》给我留下了深刻的印象,尤其是在其对各类短距离无线通信技术的历史演进和技术细节的阐述上。我一直对那些我们习以为常却又对其内在机制知之甚少的通信技术感到好奇,而本书似乎正好填补了这一空白。它在介绍各种技术时,不仅仅是列举名称和基本功能,而是深入到其设计理念和技术取舍的背后。 我特别关注书中关于射频前端设计和射频前端设计的论述。了解阻抗匹配、功率放大器、低噪声放大器等核心射频元件的功能和设计原理,对于理解信号的有效发射和接收至关重要。同时,对于接收端的信号处理,如下变频、解调、以及信道均衡等环节,我期待书中能给出详尽的解释,说明它们如何从原始的射频信号中提取出有用的信息。此外,书中对频谱利用效率的讨论,例如不同调制方式和编码方案的选择,以及其对数据吞吐量和功耗的影响,也是我非常感兴趣的部分。 本书的实验部分对我而言是极具吸引力的。我坚信“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”,因此,我非常期待书中能提供一系列具有实际操作价值的实验。例如,利用示波器和逻辑分析仪来观察蓝牙或Zigbee协议中的数据包时序,验证其帧结构和时序要求。或者,通过使用SDR平台,尝试解码和分析Wi-Fi信号,了解其OFDM调制和编码的细节。我希望这些实验能够设计得详细而清晰,不仅包含操作步骤,还能提供对实验结果的预期分析,帮助我们更好地理解理论与实践之间的联系。 另一方面,我对书中关于短距离无线通信在特定行业应用方面的深入分析很感兴趣。例如,在工业物联网(IIoT)中,如何利用低功耗无线技术实现设备监控和数据采集,又如在智能医疗领域,如何利用无线通信技术进行远程患者监护和医疗设备互联。我希望书中能够提供具体的案例研究,分析不同技术在这些场景下的适用性,以及它们所面临的挑战和解决方案。这有助于我们将技术知识转化为实际的工程应用能力。 最后,从一个渴望提升自身技术能力的学习者的角度来看,我非常看重一本教材的逻辑性和系统性。我希望本书在内容的组织上能够做到结构清晰,由浅入深,能够循序渐进地引导读者掌握短距离无线通信的方方面面。语言风格上,我期待它能做到既严谨又不失通俗易懂,避免过多的专业术语堆砌,或者提供清晰的解释。如果书中还能提供一些引导性的思考题或项目设计,那将极大地帮助我们巩固所学知识,并激发进一步的研究兴趣。

评分

当我拿起这本书,名为《短距离无线通信技术及其实验》,我首先被它“国家级特色专业系列规划教材”的定位所吸引,这意味着它应该具备一定的学术严谨性和内容的权威性。我一直对生活中无处不在的短距离无线通信技术感到好奇,并希望能够深入理解其背后的原理。 我特别希望本书能够详细阐述各种短距离无线通信技术在数据链路层和网络层的工作机制。例如,在Wi-Fi领域,我希望能深入了解IEEE 802.11系列标准中关于帧格式、地址管理、以及网络连接建立(如DSSS、OFDM)的具体实现。对于蓝牙技术,我期待书中能详细讲解其Piconet和Scatternet的构成,以及设备发现、连接和数据传输的整个过程。更重要的是,我希望书中能够对比分析不同技术在可靠性、吞吐量、功耗和成本等方面的权衡,这对于实际应用中的技术选型具有决定性的意义。 本书的“实验”部分对我来说是极具吸引力的。我坚信,理论知识只有通过动手实践才能真正内化。我非常期待书中能够提供一套循序渐进、可操作性强的实验设计。例如,通过配置一个简单的Wi-Fi接入点,并使用抓包工具(如Wireshark)来分析其流量,了解802.11协议的细节。或者,利用低功耗蓝牙模块,实现设备之间的通信,并尝试优化其连接参数和数据传输速率。我希望实验指导能够清晰明了,包含必要的硬件和软件清单,以及对实验结果的预测和分析,这样才能有效地帮助我巩固所学知识。 另一方面,我对书中关于短距离无线通信在特定应用场景下的性能分析和优化策略很感兴趣。例如,在智能家居领域,如何选择合适的通信技术(如Zigbee、Wi-Fi、蓝牙Mesh)来实现设备的互联互通,并保证网络的稳定性和响应速度。又或者,在工业自动化领域,如何利用UWB(超宽带)技术实现高精度的室内定位,并保障数据的实时传输。我希望书中能够提供具体的案例研究,分析技术在不同场景下的挑战,并给出相应的优化方法。 最后,从一名学生的角度,我非常看重教材的易读性和逻辑性。我希望这本书能够用清晰易懂的语言来解释复杂的概念,并辅以丰富的图示和实例,帮助我建立起完整的知识体系。章节的安排应该循序渐进,从基础理论到实际应用,层层递进。如果书中能够提供一些思考题或课后习题,那将极大地帮助我检验学习效果,并进一步巩固所学知识。

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