音视频必读书单–基础数学篇

资料
Author

Wattskemov

Published

October 23, 2021

作为一个音视频多年开发的老兵,把我觉得最好的一些书籍整理出来,按最小系统原则,把音视频每一个分支领域最好的参考书籍,推荐1~2本给大家。希望阅读这些参考书籍,是熟悉音视频概念的最佳路径;希望读完这些参考书籍,你能成为这个行业的最佳手艺人!

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第一篇:基础数学

第一本:《微积分》

Dale Varberg、Edwin J. Purcell、Steven E. Rigdon所著的《微积分(翻译版·原书第9版)》[1],微积分最好的教材,没有之一,翻译也好,纸张也好,印刷也好,排版也好,几乎没有缺点,非常适合自学,华南理工大学计算机双语班用的就是此书的英文版。全书图文并茂,主线条清晰又隐藏了一些对初学者不重要的细节,对微积分的数学含义介绍得很直观。

音视频处理,一切一切的基础都是微积分,等后续我再推荐书籍的时候,你就知道为什么这么说。

要从原理上理解音视频,无它,先把微积分这门最最基础的课程学好,重要的是理解微积分公式背后所代表的含义,把微积分“读薄”。

第二本:《概率导论》

最优化和控制论领域大师 Dimitri P. Bertsekas 的《概率导论》[2],MIT开设的概率论入门课程。

推荐本书作为概论论入门书籍,写得非常有条理并且易于理解;大学学过概率论中文教材的同学,也建议重新读一读本书,严谨而又直观的数学叙述,读起来完全是一种享受。如果概率论要我只推荐一本参考书的话,我会推荐本书。之前我也特意为它写过书评,有兴趣的同学可以读一读。

概率与统计思想,在音视频处理逻辑中,扮演着十分重要的角色。对于概率与统计的思想,人们花了很长的时间才接受,人类天生就喜欢确定性的世界,对于不确定性世界的描述,始终是非常困惑。所以本学科的历史也并不算久远,但是并不意味着它欠缺深度,恰恰相反,需要把它往深里学。

对于想了解概率与统计历史的同学,另外再推荐《女士品茶》[3]《数理统计学简史》[4](中国学者陈希孺作品)这两本科普书籍。

第三本:《应用随机过程:概率模型导论》

人类习惯用确定性的思想来看世界,小到几月几号是什么日子、理财利息与收益,大到做战争决策,诸如种种。牛顿和爱因斯坦是用确定性思想来看世界的典范,而现代物理的量子力学,则是用不确定性思想来看世界的典范。

但是在现实生活中,大量存在不能用确定性数学理论来进行描述的现象。拉格朗日在解决这类问题的时候,是引入了一个误差项来描述。但在大量的工科类信号处理中,我们习惯用随机信号理论来进行描述。

在我们音视频领域中,随机信号处理最有用武之地的领域,就是噪声信号的建模与处理。而在进行统计信号处理之前,必须来一个完整、理论性强的随机信号处理课程,而 Ross 教授的这本书,就是此类教材的典范。本书内容、编排、排版、翻译都属上乘佳作。

第四本:《统计推断》

如果对基本的随机过程进行了学习,对此更有兴趣的话,可以看看更深入的统计推断类教材,这些教材里,我首推这本。本书更偏统计与推断,但是又不失概率严谨性的作品。本书同样是美国著名数学教授的作品,建议搞音视频的同学一定要读一读,在音视频处理里,有关质量分析、参数最优化等,涉及到大量需要根据统计信息来进行推断的工作,学习与理解这方面的思想,是不可或缺。

本书的中文版本的翻译质量很高,文字优美流畅,建议选用中文版本阅读即可。

另外,作者一定是一个福尔摩斯谜,书中每一章的开场白名言都是接自福尔摩斯。原来在某些方面我们和大拿是一样的。像这样学识涵养高而又富有生活情趣的大师,真不多,本书值得带上人文情怀来仔细研读。

第五本:《复分析:可视化方法》

作为工科学生,复数是一个迈不过去的坎,是一个不可或缺的工具。复数本身又特别抽象,它完全是从数学范畴引申出来的工具,你在现实世界找不到对应物。一开始接触复数的时候,很多人都会很困惑它的物理意义。对于自然数、负数、实数,甚至于有理数、无理数这些定义,我们都容易理解,毕竟还有现实世界的对照。但是对于复数,如何理解呢?如何与我们现实世界对照起来呢?

这本武大校长、著名数学教授齐民友翻译的复分析领域经典著作,从大量图表可视化地表达复数理论,替代之前复数教学中的纯符号逻辑推理,让整个复数理论变得直观易懂,读者在透彻理解理论的同时,还能充分领略数学之美。如果你大学的复变函数理论学得不好,不要怀疑自己,先怀疑一下你们选用的教材。

本书更难能可贵的是,非常注重数学历史发展的介绍,这是所有传统数学教材最缺乏的地方。正如 Auguste Comte 说过:“为了理解一种科学,必须知道它的历史”。这本书的观念是如此精彩,所以前言就值得仔细阅读一遍,这篇前言甚至当作数学哲学来看,也不为过。前言里提到的参考文献,我也找出来仔细读了一遍。所有文献,我都有一种相见恨晚的感觉。

本书的习题也是一大特色,正如作者所说:“求解一个问题的最本质的前提是有一种愿望要去找到解答,所以我尽力给出一些能激起好奇心的习题。”

本书有多个版本,包括中文和英文版本,强烈推荐齐民友教授的中文翻译版本,除了原书的可视化方法,译者还加入了自己的很多备注,为本书增色不少。有一些书必须读翻译版本,翻译版本能较原版更加优秀,本书就是此类翻译神作的典范。

另外,让我们缅怀一下数学家齐民友,他因病医治无效于2021年8月8日17:17分在武汉逝世,享年92岁。齐民友的著作我基本都读过,从《重温微积分》[5]到《普林斯顿数学指南》[6],无不代表着各个领域的最高度,有兴趣的同学可以当作小说来读一读,看看我们老一辈学者那朴实而又严谨的治学态度。

参考文献

参考文献

[1]
沃伯格, 柏塞尔, and 里格登, 微积分: 翻译版. 北京: 机械工业出版社, 2011.
[2]
D. Bertsekas, J. N. Tsitsiklis, 郑忠国, and 童行伟, 槪率导论. 北京: 人民邮电出版社, 2016.
[3]
D. Salsburg, 女士品茶: 统计学如何变革了科学和生活. 2016.
[4]
陈希孺, 数理统计学简史. 长沙: 湖南教育出版社, 2002.
[5]
齐民友, 重温微积分. 北京: 高等敎育出版社, 2004.
[6]
T. Gowers, Ed., 普林斯顿数学指南(第一卷). 北京: 科学出版社, 2014.