Finite Packing and Covering

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出版者:
作者:Boroczky, K.
出品人:
页数:398
译者:
出版时间:2004-8
价格:$ 142.38
装帧:
isbn号码:9780521801577
丛书系列:Cambridge Tracts in Mathematics
图书标签:
  • 数学
  • and
  • Packing
  • Finite
  • Covering
  • 组合优化
  • 图论
  • 覆盖问题
  • 填充问题
  • 离散数学
  • 算法
  • 数学规划
  • 近似算法
  • NP-hard问题
  • 优化
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具体描述

Finite arrangements of convex bodies were intensively investigated in the second half of the 20th century. Connections to many other subjects were made, including crystallography, the local theory of Banach spaces, and combinatorial optimisation. This book, the first one dedicated solely to the subject, provides an in-depth state-of-the-art discussion of the theory of finite packings and coverings by convex bodies. It contains various new results and arguments, besides collecting those scattered around in the literature, and provides a comprehensive treatment of problems whose interplay was not clearly understood before. In order to make the material more accessible, each chapter is essentially independent, and two-dimensional and higher-dimensional arrangements are discussed separately. Arrangements of congruent convex bodies in Euclidean space are discussed, and the density of finite packing and covering by balls in Euclidean, spherical and hyperbolic spaces is considered.

有限填充与覆盖:几何学的奥秘与应用 《有限填充与覆盖》并非一本简单的数学教科书,它是一扇通往几何世界深邃景观的大门,探索的是如何在有限的空间内,以最有效的方式摆放形状,或是用最少的形状去完全覆盖一个区域。这本书的核心在于“有限性”,这意味着我们并非考虑无限延伸的几何对象,而是专注于那些具有明确边界和大小的实体,以及如何在有限的资源下达成最优化的配置。 书中首先会深入探讨填充问题 (Packing Problems)。想象一下,你有一个箱子,里面有一些大小和形状各异的物品,你的任务是如何将这些物品尽可能紧密地放入箱子,使得箱子的剩余空间最小。这就是一个典型的填充问题。书中将从最基础的二维平面上的圆形填充和正方形填充开始,逐步深入到三维空间中的球体填充。我们会学习到如何分析不同形状的堆叠方式,例如,为何在二维平面上,相同大小的圆形以六边形排列是最紧密的填充方式,以及这种密度是如何计算出来的。 在填充部分,作者还会关注一些更具挑战性的问题,例如: 不规则形状的填充: 当物品不再是简单的圆形或正方形,而是具有复杂边界的多边形,甚至是连续曲线构成的区域时,填充的难度会呈指数级增长。书中会介绍一些启发式的算法和近似方法,用以处理这些棘手的情况。 约束条件下的填充: 有时候,我们不仅要考虑空间的最大利用率,还需要满足额外的约束条件。例如,物品之间不能相互接触,或者必须按照特定的方向摆放。这些约束会给填充问题带来新的复杂性,书中会探讨如何在这种情况下找到最佳的解决方案。 动态填充: 在一些实际应用中,填充过程可能不是一次性的,而是一个动态的过程。例如,在机器人抓取物品或在流水线上摆放零件时,需要实时做出最优的填充决策。本书会简要触及这方面的研究进展,展示如何在不断变化的环境中维持填充效率。 接着,本书的焦点将转向覆盖问题 (Covering Problems)。如果说填充是“将有限物品塞入有限空间”,那么覆盖则是“用最少的工具去完全遮盖或包含一个区域”。一个经典的覆盖问题是:如何在给定区域内,用最少的圆来完全覆盖整个区域?想象一下,你需要在公园里安装一些喷头,以便将整个公园的草坪都浇到水。你需要计算最少的喷头数量,并确定它们的位置,才能确保没有遗漏的区域。 在覆盖部分,本书会涵盖: 基本覆盖问题: 从二维平面上的点、线段、多边形的覆盖开始,逐步过渡到三维空间中的区域覆盖。我们会研究不同形状的覆盖体(如圆、球、多边形)在覆盖效率上的差异。 最优覆盖的数学理论: 书中会介绍一些重要的数学概念和定理,帮助我们理解最优覆盖的本质。例如,我们将探讨如何利用格点 (Lattices) 来设计有效的覆盖方案,以及与度量空间 (Metric Spaces) 相关的覆盖理论。 覆盖的界限与下界: 对于任何覆盖问题,我们都希望找到最少的覆盖体数量。本书会详细分析如何计算覆盖问题的下界,即无论如何努力,也无法用少于某个数量的覆盖体来完成任务。这有助于我们判断一个给定的覆盖方案是否接近最优。 实际应用中的覆盖: 覆盖问题在现实世界中有着广泛的应用,例如: 网络覆盖: 如何在地理区域内部署最少的基站,才能保证所有用户都能获得稳定的信号? 监控覆盖: 在一个博物馆或仓库中,如何用最少的摄像头来监控到所有的区域? 道路维护: 如何规划最少的维修路线,以便在规定时间内完成所有道路的检查和维护? 区域划分: 如何将一个区域划分为最少的子区域,以便进行管理或分配资源? 《Finite Packing and Covering》通过严谨的数学推导和清晰的逻辑,揭示了这些看似简单的几何问题背后隐藏的深刻数学结构。书中不仅仅展示了各种算法和定理,更重要的是引导读者去理解这些工具的设计思路和数学原理。例如,在分析圆形填充时,我们会学习到如何运用几何不等式和群论 (Group Theory) 的思想来证明最优性。在研究覆盖问题时,我们会接触到点集拓扑 (Point-Set Topology) 和测度论 (Measure Theory) 的概念。 本书的另一大特色在于,它将理论研究与实际应用紧密结合。通过大量的实例和数学模型,读者可以直观地感受到有限填充与覆盖问题在计算机科学、运筹学、工程学、材料科学乃至生物学等领域的重要作用。例如,在计算密集型任务中,如何高效地分配计算资源,就是一个填充问题;在设计通信网络时,如何保证信号覆盖范围,则是一个典型的覆盖问题。 总而言之,《Finite Packing and Covering》是一本内容丰富、理论扎实、应用广泛的著作。它为读者提供了一个探索几何学核心问题及其深刻影响的平台。通过对有限填充与覆盖的研究,我们不仅能够锻炼分析和解决问题的能力,更能领略到数学在构建我们周围世界中的无处不在的力量。它适合所有对几何学、组合优化、算法设计以及理论计算机科学感兴趣的读者,尤其是那些希望深入理解空间利用与资源配置的数学基础的专业人士和研究者。

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读后感

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用户评价

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我试着用一种完全不同的角度来审视这本书的价值——它对“计算复杂性”的隐形影响。虽然书名听起来像是纯粹的数学或几何学著作,但贯穿全篇的,是对资源最优分配的深刻洞察。作者探讨的每一个“填充”或“覆盖”问题,本质上都是在寻找某种约束条件下的最优解,这在算法设计领域具有直接的映射意义。我尤其对其中关于“随机梯度下降在非凸优化空间中的收敛性”的附录印象深刻,虽然篇幅不长,但它用几何直觉解释了为什么某些启发式算法能够“逃离”局部最优陷阱,找到了一个全局优化的宏观路径。这种跨学科的思维模式,是这本书最宝贵的地方之一。它教会我们,无论面对的是粒子排列,还是数据点聚类,底层的逻辑结构往往是相通的。对于希望在优化理论或计算几何领域做出突破的研究生来说,这本书提供了一种看待问题的全新范式,它鼓励你打破学科壁垒,用组合数学的严谨性去解构现实世界的混乱与低效。

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这本书的阅读体验,更像是一场精密的“思想考古”。作者并不是在构建一个全新的理论大厦,而是在小心翼翼地发掘和重组那些被时间尘封的经典数学真理。我特别注意到了作者在引用和阐述上世纪中期几位数学巨匠的工作时所展现出的谦逊与洞察力。他没有急于展示自己的新成果,而是花了大量的篇幅,用现代的语言和工具,重新验证和清晰化那些早期的、可能因为发表载体受限而未能得到充分传播的深刻思想。这种对历史脉络的梳理,使得整本书的知识体系异常稳固。它不是那种跟风追逐热点的前沿报告,而是一部旨在奠定长期理论基石的著作。对于希望建立坚实理论基础的学者而言,能够理解这些思想的演变过程至关重要。读完后,我感觉自己对这门学科的历史发展有了更清晰的坐标感,也明白了许多当前热门研究的真正“根源”所在。这本书的价值,或许要等上十年、二十年,才能真正被学界充分认识到其深远的影响力。

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这本书的排版和脚注系统堪称学术典范。我讨厌那种内容和参考文献混杂在一起,阅读体验极差的书籍,但《有限填充与覆盖》在这方面做得非常出色。它的字体选择清晰易读,行间距拿捏得恰到好处,即便是长时间阅读也不会感到视觉疲劳。更令人称赞的是其注释体系——那些深入到文本边缘的旁注,往往包含了对经典文献的精炼引用,或者对某个关键证明步骤的额外补充说明。这就像是作者在为你进行一场私人的、一对一的学术辅导。我发现自己常常会因为一个看似微不足道的脚注而停下手中的笔,转而去查阅引用的原始论文,这极大地扩展了我对相关领域的认知边界。这本书的价值远超其核心章节本身,它更像是一个精心组织的学术资源库的索引。那些对某个分支定理感兴趣的读者,可以直接顺着注释链条追溯到源头,这种设计充分体现了作者对后学者的尊重与体贴。它确保了读者在跟随作者思维前行的同时,也能随时拥有“跳出框架”去探索更广阔知识海洋的能力。

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这本书的装帧设计简直是视觉上的盛宴,那种沉稳的深蓝色封皮,配上烫金的书名,拿在手里就有一种沉甸甸的学术重量感。我记得第一次翻开它的时候,那种微微泛着油墨香的纸张质感就让人心旷神怡。内容上,我必须承认,它的理论深度是令人敬畏的。作者在几何学和组合优化交叉领域的耕耘,展现出了一种近乎偏执的严谨。特别是关于高维空间中复杂形状填充效率的探讨,那种层层递进的数学推导,仿佛在引导读者穿越迷宫,每一步都需要全神贯注。我特别欣赏其中对“紧密堆积极限”的论述,它不仅仅停留在理论层面,还巧妙地引入了材料科学中的实际应用案例,让我看到了抽象数学如何支撑起现实世界的工程奇迹。这本书不是那种可以轻松快速读完的读物,它要求读者具备扎实的数学基础,并且需要投入大量时间去消化每一个定理和证明。每次当我以为自己理解透彻时,再回过头去看,总能发现新的层次和更精妙的连接点。对于那些真正致力于前沿研究的人来说,这无疑是一份宝贵的智力财富,它挑战了你对空间本质的既有认知,迫使你用全新的视角去审视那些看似简单的几何问题。

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我是在一个偶然的机会下接触到这本书的,当时我正在为一篇关于离散几何的论文寻找更深层次的理论支撑。坦白地说,初看目录时,我有些被那些晦涩的术语所震慑,什么“局部正则性条件”、“冯·诺依曼边界效应”之类的,听起来像是天书。但一旦深入阅读,我发现作者在解释复杂概念时,展现出了一种高超的“翻译”能力。他没有简单地堆砌公式,而是用清晰的类比和生动的图示(虽然是纯文字描述的图示)来构建逻辑桥梁。举例来说,在处理非欧几里得空间下的覆盖问题时,作者构建了一个关于“信息熵最小化”的模型,这个模型极其优雅地解释了为什么某些结构在特定环境下会表现出最优的覆盖效率。这本书的叙事节奏非常独特,它不是线性的推进,而是螺旋式地上升,每当你觉得进入一个死胡同时,作者就会引入一个新的视角来打通关节。对于我这种更偏向应用侧的研究者来说,它提供了一种前所未有的理论深度,让我能够从“怎么做”提升到“为什么必须这样做”的哲学高度去思考问题。

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