A Primer on the Calculus of Variations and Optimal Control Theory

A Primer on the Calculus of Variations and Optimal Control Theory pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:American Mathematical Society
作者:Mesterton-Gibbons, Mike
出品人:
页数:252
译者:
出版时间:2009
价格:348.00 元
装帧:
isbn号码:9780821847725
丛书系列:Student Mathematical Library
图书标签:
  • 变分法7
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具体描述

The calculus of variations is used to find functions that optimize quantities expressed in terms of integrals. Optimal control theory seeks to find functions that minimize cost integrals for systems described by differential equations.

This book is an introduction to both the classical theory of the calculus of variations and the more modern developments of optimal control theory from the perspective of an applied mathematician. It focuses on understanding concepts and how to apply them. The range of potential applications is broad: the calculus of variations and optimal control theory have been widely used in numerous ways in biology, criminology, economics, engineering, finance, management science, and physics. Applications described in this book include cancer chemotherapy, navigational control, and renewable resource harvesting.

The prerequisites for the book are modest: the standard calculus sequence, a first course on ordinary differential equations, and some facility with the use of mathematical software. It is suitable for an undergraduate or beginning graduate course, or for self study. It provides excellent preparation for more advanced books and courses on the calculus of variations and optimal control theory.

以下是一份详细的图书简介,内容上与《A Primer on the Calculus of Variations and Optimal Control Theory》无关,力求自然,避免AI痕迹,并控制在1500字以内。 《光影流转:探寻摄影艺术的百年变迁》 本书是一部旨在深入剖析摄影艺术自诞生以来一百多年发展历程的史诗。它并非仅仅罗列技术革新或风格演变,而是试图从更深层次挖掘摄影作为一种视觉语言、一种文化载体以及一种社会观察方式的独特价值。我们将一同穿越时空的维度,见证光影如何被捕捉、被塑形、被赋予意义,并最终成为我们理解世界、表达自我的重要媒介。 第一部分:初生的凝视——摄影的诞生与早期探索 在十九世纪初,当达盖尔银版法和湿版摄影法逐渐成熟,摄影这项全新的技术便带着它前所未有的“真实感”震撼了世界。本部分将首先回顾摄影技术的萌芽阶段,从最初的化学反应到相机结构的演进,细致描绘这门艺术如何一步步走出实验室,进入寻常百姓家。我们将探讨早期摄影师们如何利用有限的设备,在肖像摄影、风景摄影以及新闻纪实等领域进行开创性的尝试。这不仅是技术层面的介绍,更是对那个时代人们如何通过镜头重新审视自身、审视周围世界的好奇与渴望的解读。我们会聚焦于那些 pioneering 的摄影师,他们的坚持与创新,如何在有限的胶片上定格下历史的瞬间,如何用静止的画面传达复杂的情感和故事。 第二部分:形式的解放——艺术摄影的崛起与风格的多元化 随着摄影技术的普及和相机操作的简化,摄影艺术开始寻求自身的独立性和艺术价值。二十世纪初,皮克托主义(Pictorialism)的兴起,标志着摄影师们开始尝试将绘画的笔触和意境融入摄影创作,模糊了摄影与传统绘画的界限。本书将深入分析这一时期摄影师们在构图、用光、后期处理等方面的探索,以及他们如何通过模糊的影像、柔和的色调来传达诗意的氛围和主观的情感。 然而,艺术的生命在于变化与革新。紧随其后,现代主义浪潮席卷了摄影界。我们将在本部分详细阐述“直接摄影”(Straight Photography)的兴起,以及像斯蒂格利茨、施蒂肯等大师如何倡导清晰的焦点、精准的构图和对摄影媒介本身特性的尊重。从抽象的几何构图到对日常生活的细腻捕捉,现代主义摄影展现了摄影作为一种独立视觉语言的强大生命力。此外,我们还将触及一些重要的摄影流派,例如“新客观主义”(New Objectivity),它以冷静、客观的视角审视社会现实;以及“巴黎学派”(School of Paris)摄影师们对形式美感的极致追求。 第三部分:时代的镜子——纪实摄影与社会责任 摄影不仅是艺术的表达,更是时代的见证。本部分将聚焦于纪实摄影的发展,探索摄影师们如何将镜头对准社会现实,记录历史事件,揭露社会问题,并以此唤醒公众的意识。从美国大萧条时期的社会写实摄影,到战地记者的前线报道,再到关于人权、环境等议题的深入调查,纪实摄影始终扮演着记录者、批判者和倡导者的角色。 我们将深入分析那些具有里程碑意义的摄影项目和作品,探讨摄影师们如何在复杂的社会背景下,在道德伦理与新闻真实之间找到平衡。这部分内容将让你看到摄影如何超越单纯的画面,成为推动社会进步和引发深刻思考的有力工具。我们将深入那些充满历史重量的瞬间,理解摄影师在现场所承受的压力与他们传递出的勇气。 第四部分:视界的拓展——色彩、数码与影像的未来 进入二十世纪下半叶,色彩摄影的成熟为摄影艺术注入了新的活力。本书将探讨色彩理论在摄影中的应用,以及色彩如何被用来表达情感、营造氛围和增强叙事性。从玛丽·艾伦·马克(Mary Ellen Mark)细腻的人物色彩捕捉,到威廉·埃格尔斯顿(William Eggleston)对日常色彩的诗意化解读,色彩的运用为摄影艺术开辟了更广阔的表达空间。 当然,我们无法绕过数字时代的到来。本书将详细分析数码摄影技术对摄影艺术的影响,包括图像处理软件的普及、社交媒体的兴起以及人工智能在摄影创作中的潜在作用。我们将探讨这些技术变化如何改变了我们观看、创作和传播图像的方式,以及它们对摄影的本质提出了怎样的挑战和机遇。这部分内容将是关于摄影艺术如何在新的技术浪潮中保持其艺术性和影响力,以及展望未来影像可能的发展方向。 第五部分:超越观看——摄影的哲学与人文关怀 在每一张定格的画面背后,都蕴含着摄影师对世界的理解、对生命的感悟以及对人性的关照。本书的最后一部分将回归摄影艺术最核心的哲学层面。我们将探讨摄影的观看方式,它如何塑造我们的认知,如何影响我们的情感,以及如何引导我们对现实世界进行更深刻的反思。 我们将审视那些伟大的摄影师们如何通过他们的作品,传递出对人性的普遍关怀、对社会议题的深刻洞察,以及对生命短暂与美好的珍惜。从罗伯特·弗兰克(Robert Frank)对美国社会的反思,到安妮·莱博维茨(Annie Leibovitz)对名人肖像的独特解读,再到那些默默无闻但作品充满力量的社会记录者,他们的镜头不仅记录了影像,更捕捉了人心。 《光影流转:探寻摄影艺术的百年变迁》不仅是一部摄影史的梳理,更是一次对人类视觉文化和精神世界的深度探索。它邀请你一起走进摄影的百年长廊,用眼睛去感受,用心灵去体会,那些在光影中流转的,关于时间、关于情感、关于我们自身的一切。

作者简介

Mike Mesterton-Gibbons: Florida State University, Tallahassee, FL

目录信息

Cover 1
Title page 4
Contents 8
Foreword 10
Acknowledgments 14
The Brachistochrone 16
The fundamental problem. Extremals 22
The insufficiency of extremality 34
Important first integrals 44
The du Bois-Reymond equation 50
The corner conditions 56
Legendre’s necessary condition 66
Jacobi’s necessary condition 72
Weak versus strong variations 82
Weierstrass’s necessary condition 88
The transversality conditions 96
Hilbert’s invariant integral 106
The fundamental sufficient condition 116
Jacobi’s condition revisited 126
Isoperimetrical problems 134
Optimal control problems 142
Necessary conditions for optimality 150
Time-optional control 164
A singular control problem 174
A biological control problem 178
Optimal control to a general target 182
Navigational control problems 198
State variable restrictions 210
Optimal harvesting 218
Afterword 234
Solutions or hints for selected exercises 236
Bibliography 260
Index 264
Back Cover 274
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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在我阅读过的众多关于数学和工程的书籍中,《A Primer on the Calculus of Variations and Optimal Control Theory》这本书以其独特的视角和深入的探讨,给我留下了深刻的印象。在我的学习过程中,我常常会遇到一些优化问题,这些问题不仅仅是寻找一个简单的数值解,而是需要寻找一个最优的“函数”或者“过程”,这正是变分法的精髓所在。而当我们将这些优化思想应用到动态系统的控制设计时,就形成了最优控制理论。我非常欣赏这本书能够系统地介绍变分法的基本原理,从泛函的定义到欧拉-拉格朗日方程的推导,再到各种边界条件的处理,都进行了详尽的阐述。同时,我也惊叹于作者将这些抽象的数学概念与具体的工程应用巧妙地结合起来。例如,书中对如何将物理系统的运动方程转化为最优控制问题,以及如何应用庞特里亚金最小值原理求解最优控制问题,进行了非常清晰的讲解。我尤其喜欢书中对一些经典案例的分析,比如最短路径问题、最小表面积问题等,这些案例不仅帮助我巩固了理论知识,也让我对变分法的应用范围有了更深的认识。这本书为我打开了一个全新的数学世界,让我能够更深刻地理解复杂系统的行为,并为解决实际工程问题提供了强大的理论工具。

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我对数学的探索从未停止,尤其是在物理学和工程学领域,变分法和最优控制理论无疑是两颗璀璨的明珠。当我看到《A Primer on the Calculus of Variations and Optimal Control Theory》这本书的标题时,我的内心就涌起一股强烈的求知欲。我一直对如何找到使某个量达到最小或最大的“曲线”或“函数”感到着迷,而变分法正是研究这一问题的学科。从经典的悬链线问题,到现代物理中的作用量原理,变分法的思想无处不在。而最优控制理论,则将这种思想延伸到了动态系统的控制设计,这在航空航天、机器人学、经济学等领域都有着极其广泛的应用。我希望这本书能够为我打开一扇新的大门,让我能够系统地学习变分法的基本原理,理解泛函的概念,掌握求解欧拉-拉格朗日方程的方法。同时,我也渴望了解最优控制理论是如何将这些原理与实际控制问题相结合的,例如如何定义状态变量、控制变量和性能指标,以及如何应用庞特里亚金最小值原理或动态规划来求解最优控制问题。我期待书中能够包含一些经典的、具有代表性的案例分析,能够帮助我将理论知识转化为解决实际问题的能力。

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在我对数学的漫长求索过程中,总有一些理论能够以其深刻的洞察力和广泛的应用性,深深地吸引着我。变分法和最优控制理论正是这样两门学科。《A Primer on the Calculus of Variations and Optimal Control Theory》这本书的标题,就像一个精准的定位,直接点出了我一直以来希望深入了解的核心内容。我之所以对变分法如此着迷,是因为它提供了一种思考问题的新视角——不是去寻找一个数值,而是去寻找一个“函数”或“曲线”,使得某个量(泛函)达到极值。这在物理学、工程学等领域都有着极其重要的应用。而最优控制理论,则是在此基础上,将这些思想应用于动态系统的设计,旨在寻找最优的控制策略,以实现特定的性能指标。我希望这本书能够系统地介绍变分法的基本原理,包括泛函的定义、变分运算的概念,以及求解欧拉-拉格朗日方程的方法,并且能够为读者提供清晰的推导和易于理解的解释。同时,我也非常期待这本书能够深入浅出地讲解最优控制理论的核心内容,例如如何建立最优控制模型,如何应用庞特里亚金最小值原理或动态规划来求解最优控制问题,并提供一些经典的案例分析,帮助读者将理论知识转化为解决实际问题的能力。

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这本书的封面设计简洁而专业,散发着一种严谨的学术气息,正如其标题所示,它承诺要为读者揭示变分法和最优控制理论的奥秘。我之所以被它吸引,是因为我在学习过程中,尤其是涉及到一些高级工程问题,如机器人轨迹规划、飞机航线优化,甚至是经济模型中的资源分配时,经常会遇到需要最小化或最大化某个函数(例如能量、成本、时间)的场景。这些问题往往不是简单的代数运算,而是涉及到函数本身的变化,寻找使这些函数达到最优值的“曲线”或“函数”。变分法正是处理这类问题的理论基石,而最优控制理论则是在此基础上,将这些概念应用于动态系统的控制设计,这正是我当下迫切需要深入理解的领域。我对书中会如何循序渐进地介绍这些概念感到十分好奇,尤其是它是否能够将抽象的数学原理与具体的应用场景巧妙地结合起来,让读者在掌握理论的同时,也能感受到其强大的实践价值。我希望它能提供清晰的推导过程,并且有足够多的例子来巩固理解,毕竟,对于我这样非数学专业背景但又需要运用这些工具的读者来说,理论的直观性和可操作性至关重要。我期待它能成为我学习和解决实际问题路上的得力助手,让我能够更自信地应对那些需要精妙数学分析的挑战。

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这本书在我的书架上占据了一个显眼的位置,它的标题《A Primer on the Calculus of Variations and Optimal Control Theory》立刻引起了我的注意,因为它精准地触及了我近期在研究中遇到的一个核心瓶颈。在处理复杂物理系统的建模与控制时,我们常常需要寻找能够最小化某种“代价函数”或最大化某种“性能指标”的控制策略。这些代价函数或性能指标通常是时间的积分,而我们要优化的对象则是作用于系统的控制信号,它本身就是一个函数。这就自然而然地将我们带入了变分法的范畴。我尤其关注的是,这本书是否能够清晰地解释那些核心的概念,例如欧拉-拉格朗日方程的推导,以及它如何在最优控制的框架下得到应用。我希望书中能提供一些实际的例子,比如如何通过变分法来推导出描述粒子运动的最优路径,或者如何在经济学中寻找最优的投资策略。对我来说,理解这些理论的物理或经济直觉同样重要,而不仅仅是数学公式的推导。我希望作者能够以一种既严谨又不失趣味的方式来呈现这些内容,让读者在享受数学之美的同时,也能真正掌握解决问题的工具。我对书中能否涵盖一些现代最优控制理论的进展,比如模型预测控制(MPC)或动态逆(Dynamic Inversion)等,也抱有期待。

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我一直对如何找到“最佳”的解决方案充满好奇,尤其是在面对那些涉及连续变化的系统和过程时。无论是物理学中追求最小能量的自然规律,还是工程学中优化系统性能的控制策略,变分法和最优控制理论都提供了强大的理论框架。当我翻开《A Primer on the Calculus of Variations and Optimal Control Theory》这本书时,我立刻被它严谨而系统的讲解所吸引。我期待它能够清晰地解释变分法的核心概念,比如泛函的定义、变分运算的含义,以及如何通过欧拉-拉格朗日方程来找到使泛函取极值的函数。更重要的是,我希望这本书能够将这些基础理论无缝地衔接到最优控制领域,让我能够理解如何将动态系统的演化过程表述为最优控制问题,并运用诸如庞特里亚金最小值原理等方法来求解最优控制律。我非常希望书中能提供一些具体的、可操作的示例,能够帮助我将所学的理论应用于实际的工程问题,例如如何为机器人规划最优的运动轨迹,或者如何设计能源消耗最少的飞行路径。这本书在我看来,不仅是一本理论书籍,更是一本指导我如何思考和解决问题的“工具书”,它让我看到了数学在解决复杂现实问题中的巨大潜力和魅力。

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这本书对我来说,简直是雪中送炭。我是一名在自动化领域工作的工程师,经常需要设计复杂的控制系统,以实现最佳的系统性能。在处理一些非线性系统或者需要优化性能指标(例如能耗、响应时间、轨迹精度)的场景时,我发现传统的PID控制或者状态空间方法有时会显得力不从心。我注意到,很多先进的控制策略,如模型预测控制(MPC),其核心思想就与最优控制理论紧密相关。我迫切需要深入理解变分法和最优控制的数学基础,以便能够更好地理解这些先进的控制方法,甚至能够自主设计出更有效的控制策略。我特别关注这本书是否能够清晰地解释变分法的基本概念,例如泛函、变分以及欧拉-拉格朗日方程的推导过程。同时,我也希望书中能够深入浅出地介绍最优控制理论的核心内容,包括如何定义最优控制问题,如何应用庞特里亚金最小值原理来求解最优控制问题,以及动态规划在其中的作用。我期待这本书能够提供丰富的例子,能够帮助我将这些抽象的数学理论与我在实际工程中遇到的具体问题联系起来,并且能够指导我如何将这些理论应用到具体的控制系统设计中,解决实际的工程难题。

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这本书的到来,对我来说,无疑是一次知识的“升级”。作为一名对数学在实际应用中如何解决问题充满好奇的学习者,我一直在寻找一本能够系统、深入地介绍变分法和最优控制理论的著作。《A Primer on the Calculus of Variations and Optimal Control Theory》这本书的标题,精准地击中了我的需求。我一直对那些寻找“最优”路径、解决“最优”问题的思想感到着迷。变分法提供的正是这样一种思考框架,它不拘泥于离散的点,而是关注函数本身的性质,寻找使某个量(泛函)达到极值的“曲线”。而最优控制理论,更是将这种思想发扬光大,应用于动态系统的设计,以期在给定的约束条件下,实现最佳的控制效果。我非常期待这本书能够清晰地阐述变分法的基本概念,如泛函、变分、欧拉-拉格朗日方程,并且提供严谨的数学推导。同时,我也希望它能够深入浅出地介绍最优控制理论的核心内容,包括如何将实际控制问题转化为数学模型,如何应用庞特里亚金最小值原理等方法求解最优控制律。我渴望通过这本书,不仅能掌握理论知识,更能学会如何将这些理论应用于具体的工程问题,比如飞行器导航、自动化生产线控制等,从而真正解决实际中的挑战。

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这本书在我看来,更像是一本引领我进入一个全新数学领域的“地图”。我一直对那些能够描述自然界基本规律的数学理论充满敬畏,而变分法无疑是其中非常重要的一部分。从最小作用量原理,到物理学中的各种守恒律,变分法的思想无处不在。而最优控制理论,更是将这种思想应用到了工程实际中,尤其是在我所在的机器人和自动驾驶领域,它能够帮助我们设计出更高效、更安全的控制系统。我非常期待这本书能够为我提供一个清晰的、循序渐进的学习路径,让我能够理解泛函分析的基本概念,掌握求解欧拉-拉格朗日方程的方法,并最终能够将这些知识应用于实际的最优控制问题。我希望书中能够详细介绍最优控制的核心理论,比如如何定义最优控制问题,如何运用庞特里亚金最小值原理来求解,以及动态规划在其中的应用。更重要的是,我期待书中能够提供丰富的例证,能够帮助我理解这些抽象的数学概念如何与具体的工程问题相结合,并且能够指导我如何将所学的理论应用到实际的控制系统设计中,解决那些具有挑战性的工程难题。

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这本书对我而言,是一扇通往更深层次数学理解的窗户。我一直对那些能够“优化”事物的方法论非常感兴趣,而在工程领域,尤其是在涉及复杂系统设计和控制时,变分法和最优控制理论的重要性不言而喻。我之所以对这本书产生浓厚的兴趣,是因为它承诺将这两个在学术界和工业界都至关重要的领域进行系统的介绍。我希望通过这本书,我能够清晰地理解变分法的基本概念,例如如何定义和计算泛函的变分,以及欧拉-拉格朗日方程的推导和应用。更重要的是,我希望它能够帮助我理解如何将这些变分法的思想应用到动态系统的控制设计中,也就是最优控制理论。我期待书中能够详细介绍如何构建一个最优控制问题,包括状态变量、控制变量、目标函数和约束条件,并深入讲解庞特里亚金最小值原理或动态规划等求解方法。我尤其希望书中能包含一些实际的工程案例,例如飞行器轨迹优化、机器人路径规划等,能够帮助我直观地理解这些理论的强大威力,并为我解决实际工程问题提供理论指导和方法论。

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