地球物理数据处理与反演是地球物理学的重要分支，求解各种地球物理方法反问题，最终都归结于数值方法的求解。而各种工程技术专业在解决比较复杂的理论和技术问题时，常要进行微积分和微分方程求解。这些运算在计算机上无法用经典微积分和普通代数的方法解决，只能用数值方法实现，它正是“地球物理数据处理与反演”课程的研究内容。因此，“地球物理数据处理与反演”课程是数学基础课和地球物理专业技术课程的桥梁，是一门十分重要的地球物理专业基础课。本课程注重地球物理专业理论和计算机编程能力，它将数值算法与计算机程序设计巧妙结合，解决一些复杂的地球物理问题，指导地球物理工程勘察与资料解译。
中南大学冯德山教授团队在“地球物理数据处理与反演”课程多年教学的基础上，编写了《地球物理数据处理与反演》（冯德山等编著. 北京： 科学出版社，2024.8）。 本书系统地介绍了地球物理常用的数值计算方法及其原理、地球物理反演算法理论，内容繁多，涉及范畴较宽，包括： “数值代数”中的解线性方程组的分解法及迭代法、插值法、数值积分与微分、最小二乘拟合，地球物理正演模拟中的两大类方法——有限差分法与有限单元法，地球物理常用反演算法如最速下降法、牛顿法、拟牛顿法、共轭梯度法等内容。 书中有大量的形式复杂的数学公式及数学描述，并在最后一部分介绍了反演的最新进展及目前成像精度最高的全波形反演算法，并且给出了近年来作者及其课题组的雷达全波形一维反演程序实践成果。
本课程既有经典数学那种理论上的高度抽象性和严密的科学性，又有应用上的广泛性、强实践性的特点，注重算法的基本原理和设计思想，但更重视方法的技巧性及适应计算机的安排，计算过程中重视误差分析、收敛性、稳定性、计算效率的讨论，与经典数学的特点差异较大，它包含了大量的数学描述、抽象化的数学方法、理论及公式，计算公式中会大量出现带有上下标的变量及大小写的字母，符号与公式繁多，初学时常感不易适应，应了解各种算法的应用条件、适应性和误差状态，注意认清和辨别它们的含义，不可混淆。否则稍有不慎，可能会得到极为荒谬的计算结果。
本书常见的算法程序已可在其他书本及网络资源中找到，可能这些程序存在其他不同程序语言的版本，在教学过程中，教师可以针对地球物理正反演模型采用已有的数值计算方法，应用计算机及程序设计软件，例如Matlab、C++、Mathematica 等，在计算机上给出该特定问题的数值解，并以曲线、图形等更为直观的方式，将求解过程较生动、形象地展现出来，在这些已有程序的基础上，开展更深入的研究，既可以锻炼程序编写能力，又可以巩固已学知识，充分调动学习兴趣。
本书可给地球物理学专业本科生、研究生和地球物理数据处理人员提供有益的参考。本书注重理论推导，力求概念清楚、论述详尽，且配有大量的实例。在内容安排上注重理论的系统性和自包容性，同时也兼顾实际应用中的各类技术问题。希望通过本书的学习拓宽学生的专业知识面，学生能更系统地掌握应用地球物理专业数据处理的基础知识，具有一定的综合解决实际问题的能力。
本书是在国家自然科学基金项目（项目编号：41774132、42474191、42474196、41930428、U2344205）、江西省“井冈学者”特聘教授项目、湖南省“芙蓉学者奖励计划”项目、湖南省自然科学基金项目（项目编号：2021JJ30806）、中南大学教材立项项目的资助下完成的。
本文摘编自《地球物理数据处理与反演》（冯德山等编著. 北京：科学出版社，2024.8）一书“前言”，有删减修改，标题为编者所加。
ISBN 978-7-03-078405-6
责任编辑：王 运 赵 颖
（本文编辑：刘四旦）
一起阅读科学!
科学出版社│微信ID：sciencepress-cspm
专业品质 学术价值
原创好读 科学品位
科学出版社视频号
硬核有料 视听科学
