Foundations of Generic Optimization

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出版者:Springer
作者:M. Iglesias
出品人:
页数:296
译者:
出版时间:2005-1
价格:1637.00元
装帧:精装
isbn号码:9781402036668
丛书系列:
图书标签:
  • 优化
  • 泛化优化
  • 数学规划
  • 运筹学
  • 算法
  • 理论
  • 凸优化
  • 非线性规划
  • 最优化方法
  • 数值优化
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具体描述

《基础通用优化》 概览: 《基础通用优化》是一本致力于深入浅出地介绍优化理论和方法核心概念的著作。本书旨在为读者提供一个坚实的理论基础,使他们能够理解并应用各种优化技术解决现实世界中的复杂问题。不同于专注于特定领域应用的优化书籍,本书强调的是通用性,即无论问题出自何种学科背景,其背后隐藏的优化原理往往具有共通性。通过系统性的讲解,本书帮助读者构建一套通用的分析和求解框架,从而具备跨领域解决问题的能力。 目标读者: 本书面向广泛的读者群体,包括但不限于: 计算机科学与工程专业的学生: 尤其是在机器学习、人工智能、算法设计、系统调度等领域,优化是核心驱动力。 数学与统计学专业的学生: 为深入研究运筹学、最优化理论、数据科学等领域打下坚实基础。 经济学、金融学与管理学专业的学生: 学习如何利用优化方法进行资源配置、风险管理、投资组合优化和决策分析。 物理学、化学、生物学等科学领域的科研人员: 在实验设计、模型参数估计、系统建模等方面,优化技术至关重要。 对量化分析和决策科学感兴趣的从业人士: 无论您是数据分析师、工程师还是决策者,本书都将为您提供强大的工具。 本书内容重点: 《基础通用优化》将循序渐进地引导读者探索优化世界的奥秘,其核心内容涵盖以下几个关键方面: 第一部分:优化的基本概念与数学基础 问题建模: 本部分将详细阐述如何将实际问题抽象为数学上的优化模型。这包括定义目标函数(需要最大化或最小化的函数)、决策变量(可以改变的量)以及约束条件(限制决策变量的范围)。读者将学习如何识别和表述不同类型的问题,例如资源分配问题、路径规划问题、组合优化问题等。 凸集与凸函数: 优化理论中,凸集和凸函数扮演着至关重要的角色。本书将严谨地定义凸集和凸函数,并探讨它们的性质。理解这些概念对于判断优化问题的性质(如是否存在全局最优解)以及选择合适的求解算法至关重要。 最优解的定义: 读者将学习区分全局最优解、局部最优解以及可行解。本书将探讨在不同条件下,最优解的存在性、唯一性以及如何证明一个解是最优解。 第二部分:无约束优化方法 梯度下降法及其变种: 作为最基础也最广泛应用的优化算法之一,梯度下降法将得到深入讲解。本书将从一阶梯度下降法开始,逐步介绍其收敛性分析,并拓展到更高效的二阶方法(如牛顿法)以及动量法、Adam 等自适应学习率方法。读者将理解这些算法的工作原理、优缺点以及适用场景。 搜索算法: 对于某些问题,直接计算梯度可能困难或不可能。本书将介绍一系列搜索算法,如黄金分割法、Fibonacci 搜索法等,用于在一维空间中寻找函数的最小值。 其他无约束优化方法: 视情况,本书可能还会涉及一些其他的无约束优化技术,例如共轭梯度法等,以提供更全面的视角。 第三部分:约束优化方法 线性规划(LP): 线性规划是优化领域中最基础但应用极其广泛的一类问题。本书将介绍线性规划的标准形式、图解法(用于二维问题)、单纯形法(用于求解大规模线性规划问题)以及对偶理论。 非线性规划(NLP): 当目标函数或约束条件是非线性函数时,问题就变成了非线性规划。本书将重点介绍处理这类问题的关键技术: 拉格朗日乘子法与KKT条件: 这是分析和求解约束优化问题的核心理论工具。本书将详细推导和讲解这些条件,并展示如何利用它们来寻找最优解。 序列二次规划(SQP): 这是一种非常强大的求解非线性规划的数值方法,本书将对其原理和应用进行介绍。 内点法(Interior-Point Methods): 作为一种现代化的求解方法,内点法在求解大规模凸优化问题方面表现出色,本书也将对其进行阐述。 整数规划(IP)与混合整数规划(MIP): 当部分或全部决策变量被要求为整数时,问题变得更具挑战性。本书将介绍整数规划的基本概念、割平面法、分支定界法等经典求解技术,并说明其在生产调度、物流优化等领域的应用。 第四部分:进阶主题与应用展望 凸优化: 本章将深入探讨凸优化问题,强调其能够保证找到全局最优解的特性。本书将介绍凸优化问题的识别、标准形式以及一些特殊的凸优化算法,如内点法在凸优化问题中的应用。 组合优化: 涉及在离散集合中寻找最优解的问题,如旅行商问题、最大团问题等。本书将介绍解决这些问题的常用策略,如动态规划、贪心算法、以及启发式和元启发式算法(如遗传算法、模拟退火等)的初步概念。 全局优化: 针对非凸问题,找到全局最优解是一个巨大的挑战。本书将介绍一些全局优化技术,如模拟退火、遗传算法、粒子群优化等,并讨论它们的适用性和局限性。 优化软件与工具: 本书还将简要介绍一些常用的优化求解器和编程库,例如 Gurobi, CPLEX, SciPy.optimize, TensorFlow, PyTorch 等,帮助读者将理论知识转化为实际应用。 本书特色: 强调通用性: 统一的数学框架,使得读者可以将学到的知识迁移到不同领域的实际问题中。 理论与实践并重: 严谨的数学推导与直观的算法解释相结合,辅以丰富的算例和练习题。 循序渐进的难度: 从基础概念到复杂算法,逐步引导读者深入理解。 清晰的逻辑结构: 内容组织合理,章节之间关联紧密,易于学习和回顾。 注重概念理解: 不仅传授算法,更注重让读者理解算法背后的数学原理和逻辑。 结语: 《基础通用优化》旨在成为读者在优化领域探索之旅中的重要基石。通过掌握本书的核心内容,读者将能够更清晰地认识到各种优化问题的本质,并具备选择和应用恰当的优化方法来解决实际挑战的能力。本书相信,优化思想的普及将为科技进步和社会发展贡献重要的力量。

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读后感

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用户评价

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我必须说,这本书的后半部分,关于随机优化和近似算法的部分,简直是为高级研究人员量身定做的。作者没有浪费篇幅在重复介绍基础知识上,而是直接切入了前沿的研究热点,比如随机梯度下降(SGD)的收敛速度分析,以及如何利用方差缩减技术来提高效率。我特别欣赏作者对“理论保证”和“实际性能”之间辩证关系的讨论。在很多优化问题中,我们往往需要在找到一个理论上最优的解与找到一个“足够好”且能在合理时间内得出的解之间做权衡。作者用清晰的数学语言界定了这种权衡的边界。这本书的价值在于,它不仅教会了你如何运用优化工具,更重要的是,它培养了你批判性地选择和设计优化策略的能力。读完此书,感觉自己对优化问题的理解,从一个“操作员”升级成了一个“架构师”。

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这本书的价值绝不仅仅在于它所涵盖的数学工具的广度,更在于其对“通用性”这一概念的深刻哲学思考。作者似乎在反复追问:是否存在一种万能的优化框架,能够驾驭从组合优化到连续优化的一切问题?在讨论启发式算法的部分,作者没有盲目推崇某一种特定的元启发式方法,而是深入剖析了它们背后的核心机制——比如“探索”与“利用”之间的权衡。我记得有一段特别精彩的论述,是关于模拟退火算法中“温度调度”的艺术性,作者将其比作一位经验丰富的老木匠,知道何时该快速成型,何时该慢工细琢。这种将严谨的数学模型与生活化的比喻相结合的写作手法,极大地降低了阅读门槛,让那些在优化领域徘徊不前的人看到了曙光。它提供了一种新的视角:优化不仅仅是计算,更是一种对不确定性的管理艺术。

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阅读体验上,这本书的排版和注释系统做得极其出色。页边距的设计恰到好处,留出了足够的空间供读者进行批注和推演,这对于需要反复查阅和自我检验的读者来说至关重要。我注意到作者在引用外部文献时,非常注重跨学科的交叉印证,很多地方会参考控制论、运筹学甚至经济学领域的经典著作,这极大地拓宽了我的知识边界。书中对于复杂算法的伪代码描述清晰明了,即便是没有很强的编程背景,也能大致理解其执行流程。不过,我个人觉得在讨论大规模并行优化时,作者可以更深入地探讨一下现代GPU架构对某些特定优化算法的加速潜力,虽然现有内容已经很扎实,但结合当下计算能力的飞速发展,这部分内容或许能让本书更具前瞻性。总的来说,它更像是一本被精心打磨的工具箱,而不是一本快速消费的读物。

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这本书的封面设计简直是视觉的盛宴,那种深沉的墨蓝色背景,配上烫金的字体,透着一股古典与现代交织的神秘感。我本以为这会是一本晦涩难懂的学术专著,但翻开目录才发现,作者的叙事结构非常巧妙。开篇就引入了一个关于“非线性系统优化”的经典案例,用一种近乎讲故事的方式,娓娓道来约束条件是如何一步步将一个看似简单的数学问题复杂化的。特别是第三章对拉格朗日乘数法的阐述,简直是教科书级别的清晰度。作者没有停留在理论的堆砌,而是大量穿插了实际工程中的应用场景,比如金融建模中的风险最小化,以及机器学习中的超参数调整。我尤其欣赏作者对于算法收敛性的讨论,他没有简单地给出证明,而是通过对比几种不同迭代方法(比如牛顿法和拟牛顿法)的几何直观解释,让读者能真正“看到”算法是如何一步步逼近最优解的。这种教学法的创新,使得原本枯燥的优化理论变得生动起来,即便是初次接触优化理论的读者,也能抓住其核心脉络。

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这本书的行文风格有一种特有的冷静与克制,却又在关键时刻爆发出强大的洞察力。尤其是在对比几种经典优化算法的局限性时,作者的笔锋变得锐利而富有批判性。比如,在分析梯度下降法在高维稀疏数据面前的脆弱性时,作者没有回避其内在的缺陷,而是坦诚地指出了理论模型与真实世界数据之间的鸿沟。这种求真务实的态度,让我对作者的专业性深感信服。它不是一本只会歌颂成功的书,它更关注失败和瓶颈。书中关于“目标函数不可微”情况下的次梯度方法介绍,是目前我所见最直观的论述之一,它用一个想象中的“影子梯度”概念,巧妙地绕开了数学上的障碍。这本书的深度使得它不适合作为入门速读材料,它要求读者投入足够的时间去消化每一个公式背后的逻辑推导,但一旦你沉下心来,收获将是巨大的知识体系构建。

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