Bio-Inspired Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Cabestany, Joan (EDT)/ Sandoval, Francisco (EDT)/ Prieto, Alberto (EDT)/ Corchado, Juan M. (EDT)

出品人:

页数:1356

译者:

出版时间:2009-06-01

价格:USD 169.00

装帧:Paperback

isbn号码:9783642024771

丛书系列:

图书标签:

• 生物启发
• 仿生学
• 系统工程
• 机器人
• 人工智能
• 优化算法
• 自然计算
• 复杂系统
• 工程应用
• 跨学科研究

好的，以下是一本名为《智能算法与优化设计》的图书简介，内容详实，字数在1500字左右，力求专业、严谨，且不含任何AI痕迹： --- 智能算法与优化设计 内容提要 本书系统而深入地探讨了现代智能算法的理论基础、核心机制及其在复杂工程优化问题中的应用。面对日益增长的计算复杂性和非线性系统挑战，传统优化方法往往力不从心。本书旨在为读者提供一套强大的、可操作的智能优化工具箱，重点聚焦于模拟自然界和生物学过程的启发式算法，以及如何将这些算法与精确的数学模型相结合，以实现高效、鲁棒的系统设计与参数调优。 全书结构严谨，从基础的优化理论出发，循序渐进地介绍了经典进化算法（如遗传算法、进化策略），到更前沿的群体智能算法（如粒子群优化、蚁群优化），再到受物理学启发的模拟退火算法，以及近年来广受关注的群落行为模拟算法（如布谷鸟搜索、鲸鱼优化算法）。每一章都详细阐述了算法的数学原理、核心流程、关键参数的敏感性分析，并通过大量的工程案例展示了其实际效能。 本书不仅是理论研究人员的参考手册，更是面向工程师、数据科学家和高级学生的实践指南。它强调算法的选择与定制化，帮助读者理解在特定问题域下，哪种算法更具优势，以及如何通过混合策略和多目标优化技术来解决现实世界中错综复杂的工程难题。 第一部分：优化理论基础与经典方法 第一章：优化问题的数学描述与挑战 本章首先界定了优化问题的基本要素，包括目标函数、约束条件（等式与不等式）、变量空间与可行域。深入分析了工程优化中常见的挑战，例如高维空间、多模态性、非凸性、离散变量与连续变量的混合。引入了局部最优与全局最优的概念，并对比了传统梯度下降法、牛顿法等局部搜索方法的局限性，为智能算法的出场奠定了理论基础。 第二章：模拟退火算法 (Simulated Annealing, SA) 的物理学基础 模拟退火算法是基于固体物质退火过程的经典随机优化方法。本章详细解析了其核心思想——以概率接受劣质解，以避免陷入局部最优。重点讨论了“温度”参数的退化策略（冷却计划），如线性、指数和域内退火策略。通过实例分析了SA在组合优化问题（如旅行商问题TSP）中的应用及对初始温度和降温速率的敏感性。 第二章：遗传算法 (Genetic Algorithm, GA) 与进化计算的基石 遗传算法是启发式搜索领域最具影响力的算法之一。本章系统梳理了GA的生物学模型，包括编码（二进制、实数、树形）、选择策略（轮盘赌、锦标赛）、交叉操作（单点、多点、均匀交叉）和变异操作的数学定义与实现细节。重点探讨了如何设计高效的适应度函数和如何处理约束条件，并介绍了精英保留策略对算法收敛速度的影响。 第二部分：群体智能算法的兴起与应用 第三章：粒子群优化 (Particle Swarm Optimization, PSO) 及其变体 粒子群优化算法模拟了鸟群觅食的行为。本章详细阐述了PSO的中心公式，包括速度更新和位置更新方程，以及惯性权重($w$)、认知因子($c_1$)和社会因子($c_2$)的物理意义和调优方法。此外，还探讨了全局最佳（gBest）与局部最佳（pBest）的协同机制，并介绍了边界处理、速度限制以及拓扑结构（如环形、星形）对收敛性的影响。 第四章：蚁群优化算法 (Ant Colony Optimization, ACO) 与图论 ACO算法是基于信息素标记和路径选择的优化范式，尤其适用于离散路径规划问题。本章深入剖析了信息素的蒸发机制、信息素的更新规则，以及转移概率的计算模型。重点对比了Max-Min Ant System (MMAS) 和 Ant Colony System (ACS)，并展示了ACO在网络路由选择、资源调度等领域的强大能力。 第五章：基于生物行为的现代群体算法 本章聚焦于一系列基于更复杂生物行为模拟的新型算法： 1. 蜂群算法 (Artificial Bee Colony, ABC)： 模拟工蜂、侦察蜂和观察蜂的角色分工与信息共享机制。 2. 布谷鸟搜索 (Cuckoo Search, CS)： 基于布谷鸟的寄生繁殖策略，其全局探索能力强，主要依赖于 Levy 飞行机制。 3. 鲸鱼优化算法 (Whale Optimization Algorithm, WOA)： 模拟座头鲸的捕食行为，结合了气泡网捕食（螺旋搜索）和探索机制。 每一算法均配有清晰的流程图和伪代码，并分析了其在处理高维、多峰值问题时的表现。 第三部分：高级优化策略与工程实现 第六章：多目标优化与帕累托前沿 现实世界的问题往往涉及多个相互冲突的目标。本章介绍了多目标优化的基本概念，如帕累托最优性、非支配解集（NDS）和帕累托前沿（PF）。深入讲解了NSGA-II（非支配排序遗传算法II）的核心思想，包括拥挤距离的计算和精英保留策略，以及MOEA/D (Decomposition-based) 方法。 第七章：混合智能算法与混合优化 单一智能算法往往存在“探索”与“开发”的权衡问题。本章强调通过混合策略提升性能： 1. 混合局部搜索： 将智能算法（全局搜索）与局部搜索方法（如爬山法或牛顿法）结合，实现快速的局部精炼。 2. 混合元启发式算法： 例如将GA的全局搜索能力与PSO的快速收敛性结合，构建更强大的协同优化框架。 第八章：智能算法的鲁棒性、参数调优与基准测试 本章侧重于实际应用中的工程化问题。讨论了算法的参数灵敏度分析方法（如拉丁超立方采样），以及如何通过交叉验证和多次独立运行来评估算法的稳定性和鲁棒性。最后，介绍了标准化的优化测试函数集（如Sphere, Rastrigin, Ackley函数），用于客观地比较不同算法的性能基准。 结语 《智能算法与优化设计》旨在构建读者对现代计算智能方法的深刻理解。通过严谨的理论推导和丰富的工程案例，本书为解决工程、金融、控制、机器学习等领域中遇到的复杂、非线性优化问题提供了坚实的理论工具和实践指导。掌握这些算法，意味着能够将复杂挑战转化为可计算、可求解的结构化问题。 ---

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在浩瀚的书海中，《Bio-Inspired Systems》这个书名如同一股清流，激起了我对科学探索的无限向往。我一直坚信，大自然蕴含着无穷的智慧，而人类的每一次重大技术突破，往往都离不开对自然界的模仿与学习。这本书的标题让我联想到各种令人惊叹的生物现象，比如鸟类优雅的飞行，鱼类在水中的灵活游弋，或者植物如何巧妙地利用光能。我期待这本书能够深入浅出地阐述这些生物学原理，并详细介绍科学家们如何将这些原理转化为创新的工程技术。我特别希望能看到一些关于仿生材料、仿生传感器以及仿生机器人方面的例子，以及它们是如何解决现实世界中的工程难题的。这本书给我的感觉是，它不仅能拓宽我的知识视野，更能激发我的创新思维，让我从一个全新的角度审视技术与自然的关系。我希望它能够带领我走进一个充满惊喜的仿生世界，感受大自然鬼斧神工的魅力。

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这本书的封面设计很有意思，那种模仿生物纹理的图案，让我第一眼就觉得内容一定很扎实。我一直对自然界如何解决工程问题充满好奇，尤其是在机器人和人工智能领域。想象一下，如果我们可以模仿昆虫的集群协作来优化交通流量，或者借鉴鸟类翅膀的空气动力学来设计更高效的无人机，这简直太令人兴奋了。这本书的标题《Bio-Inspired Systems》完美地捕捉到了这种跨学科的魅力，它似乎能够连接起生命科学的精妙与工程技术的创新。我期待它能深入剖析那些令人惊叹的生物机制，并详细阐述如何将这些原理转化为实际的应用。特别是，我希望能看到一些关于自然界中自适应和鲁棒性设计的例子，因为这正是当前许多工程系统所面临的挑战。这本书会不会带领我进入一个由大自然启发的、充满无限可能的新世界呢？我非常好奇它将如何打开我理解这个领域的视野。

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作为一名对前沿技术有着浓厚兴趣的业余爱好者，我对《Bio-Inspired Systems》这个书名抱有极大的期待。我总觉得大自然是我们最好的老师，它在漫长的进化过程中已经解决了无数复杂的问题。我希望这本书能够带领我探索那些隐藏在生物体中的“代码”，并理解如何将其转化为我们自己的技术。想象一下，如果我们可以模仿植物的生长模式来设计自我修复的材料，或者借鉴蚁群的协作机制来构建分布式的智能网络，那将是多么激动人心的进步。我非常期待书中能提供一些具体的例子，展示科学家们是如何从生物界汲取灵感的，以及这些灵感是如何转化为实际的工程应用的。如果它还能讨论生物系统的涌现性、自组织和韧性等特性，以及这些特性如何影响我们的系统设计，那就更完美了。这本书让我感觉，它能够提供一种全新的视角来理解技术发展，一种更加和谐、更加可持续的未来。

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我最近在寻找能够启发我进行新项目研究的书籍，而《Bio-Inspired Systems》这个名字立刻吸引了我。我对那些能够模拟生物体的复杂行为和结构的技术非常感兴趣，比如仿生学的软体机器人，或者是能够学习和适应环境的智能系统。这本书的标题让我联想到各种可能性，比如模仿章鱼触手来制作更灵活的抓取器，或者借鉴蝙蝠回声定位来开发更精准的传感器。我希望这本书能够提供一些关于如何将这些生物原理转化为实际工程解决方案的案例研究，甚至是一些理论框架。如果它能深入探讨生物体在极端环境下生存和发展的策略，并说明如何将这些策略应用于人类设计中，那就更好了。这本书给我的感觉是，它不仅仅是一本技术手册，更像是一扇通往自然界智慧的窗户，让我有机会学习那些经过亿万年进化而来的精妙设计。我迫不及待地想知道，它会揭示哪些令人拍案叫绝的生物启示。

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我近期一直在关注人工智能和机器人领域的发展，总觉得目前的技术在某些方面还显得有些“僵硬”，缺乏生物体的那种灵活性和适应性。《Bio-Inspired Systems》这个书名恰好触及了我内心的痛点。我一直对那些模仿生物体运动方式的机器人深感兴趣，比如四足机器人模仿动物的奔跑，或者蛇形机器人模仿蛇的蜿蜒。我希望这本书能够深入探讨生物体的运动机制，并解释如何将这些原理应用到机器人设计中，使其更加灵活、高效，甚至能够在复杂的地形中自主行动。同时，我也对生物体的感知和决策能力非常好奇，比如昆虫如何通过简单的结构实现复杂的导航，或者哺乳动物如何快速响应危险。如果这本书能够提供一些关于如何借鉴生物体的感知和学习机制来提升人工智能系统的智能水平的见解，那就太棒了。这本书让我觉得，它可能是一把钥匙，能够帮助我们打开通往更具生命力、更智能的技术世界的大门。

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