本教材特点：提供全面的计算材料学相关知识的详细讲解，以其全面性、实用性和前瞻性成为计算材料学教材领域的标杆。本书不仅综合了物理、化学和计算科学，还融合了近期新的机器学习和人工智能技术，实现了从理论到应用的无缝衔接。全书具有以下四个特点全面性：该书涵盖了从基础数学和量子理论到复杂模拟算法和软件实践的所有方面。这种全面的知识覆盖使读者能够获得一个系统而完整的认识，有助于培养能适应不断变化科学界需求的全面素质。实用性：与传统的纯理论教材不同，该书特别强调了计算模型到实际应用的转换。对于每一种理论和模型，都提供了相应的Python代码和实际应用实例。这种实用导向的教学方式不仅提升了教材的应用价值，也大大促进了学生的学习兴趣和实践能力。前瞻性：书中深入探讨了机器学习和人工智能在计算材料学中的应用。它不仅展示了这些优选技术如何优化传统计算方法，还预示了它们将如何推动材料科学的未来发展。这为读者提供了一个独特的、更新的知识视角，有助于他们跟上快速发展的科技潮流。互动性：教材还提供了二维码，读者扫描后可下载相关教学资源，还附有讲解视频和丰富的实例，增加了教材的互动性和趣味性。

本书主要介绍计算材料学中比较常用的微观尺度模拟方法的基本理论，深入讨论各种模拟方法的数值化实现、数值算法的收敛性及稳定性等，综述近年来计算材料学国内外近期新研究成果。
本书共八章。第1章介绍必要的数学基础，包括线性代数、插值与拟合、优化算法、数值积分及群论等方面内容。第2章介绍量子力学、晶体点群及固体理论基础。第3章介绍第一性原理，主要包括Hartree-Fock方法和密度泛函理论，同时详细讨论了如何利用平面波赝势方法求解体系总能和本征波函数，并简要介绍了近年来发展比较迅速的准粒子近似和激发态算法。第4章介绍VASP计算模拟实例，包括VASP程序、小分子气体能量计算等内容。第5章介绍紧束缚方法，重点推导了Slater-Koster双中心近似下哈密顿矩阵元的普遍表达式、原子受力的计算方法，以及紧束缚模型自洽化的方法。第6章介绍分子动力学方法，包括原子经验势的种类、微正则系综下分子动力学的实现算法，同时详细讨论了微正则系综向正则系综的变换，以及近年来发展起来的第一性原理分子动力学的理论基础。第7章介绍LAMMPS分子动力学实例，包括LAMMPS程序、惰性气体的扩散运动与平衡速率分布等内容。第8章介绍蒙特卡罗方法，包括随机数采样策略及不同系综下的蒙特卡罗算法， 以及连接微观与宏观现象的动力学蒙特卡罗方法。附录对正文中涉及的若干数学算法进行了详细讨论。
本书可作为材料专业、物理专业、化学专业及相关专业高年级本科生及研究生的教材或高校教师的参考书，也可作为从事计算材料学研究的科技工作者的参考资料。

第1章数学基础(1)
1.1矩阵运算(1)
1.1.1行列式(1)
1.1.2矩阵的本征值问题(4)
1.1.3矩阵分解(5)
1.1.4幺正变换(8)
1.2群论基础(10)
1.2.1群的定义(10)
1.2.2子群、陪集、正规子群与商群(10)
1.2.3直积群(11)
1.2.4群的矩阵表示(11)
1.2.5三维转动反演群O(3)(12)
1.3很优化方法(12)
1.3.1最速下降法(13)
1.3.2共轭梯度法(16)
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