Model Building in Mathematical Programming

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出版者:
作者:Williams, H. Paul
出品人:
页数:432
译者:
出版时间:2013-3
价格:$ 67.80
装帧:
isbn号码:9781118443330
丛书系列:
图书标签:
  • 数学
  • 规划
  • 线性规划
  • 模型
  • 最优化
  • Optimization
  • 运筹学
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  • 整数规划
  • 非线性规划
  • 运筹学模型
  • 优化方法
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具体描述

"The 5th edition of Model Building in Mathematical Programming "discusses the general principles of model building in mathematical programming and demonstrates how they can be applied by using several simplified but practical problems from widely different contexts. Suggested formulations and solutions are given together with some computational experience to give the reader a feel for the computational difficulty of solving that particular type of model. Furthermore, this book illustrates the scope and limitations of mathematical programming, and shows how it can be applied to real situations. By emphasizing the importance of the building and interpreting of models rather than the solution process, the author attempts to fill a gap left by the many works which concentrate on the algorithmic side of the subject.""

《模型构建与最优解:理论、方法与实践》 本书深入探讨了如何在数学编程的框架下进行模型构建,以及如何运用各种优化技术求解这些模型,以期在复杂决策场景中找到最优解。它不仅是理论的梳理,更是对实际应用中挑战的深刻洞察。 核心内容概述: 本书共分为三个主要部分,循序渐进地引导读者掌握数学规划的核心精髓。 第一部分:数学规划模型基础 本部分奠定了读者理解后续内容的基础,详细介绍了数学规划的基本概念、分类以及建模的通用原则。 数学规划的定义与重要性: 阐述了数学规划作为一种重要的决策支持工具,在资源分配、生产调度、物流优化、财务规划等众多领域的应用价值。 线性规划(LP): 深入剖析了线性规划模型的目标函数和约束条件的线性特性,详细讲解了其标准形式、图解法(对于低维度问题)以及单纯形法的基本原理和步骤。我们将通过一系列实际案例,如生产计划问题、运输问题、混合问题等,展示如何将现实世界的问题转化为线性的数学模型。 整数规划(IP): 介绍了当决策变量必须取整数时,需要引入整数规划。重点讲解了纯整数规划、混合整数规划以及0-1整数规划,并讨论了求解整数规划的挑战,如NP-难性。 非线性规划(NLP): 探讨了当目标函数或约束条件存在非线性关系时的非线性规划模型。区分了凸优化和非凸优化问题,并简要介绍了求解非线性规划的一些基本方法,如梯度下降法、牛顿法等。 其他数学规划模型: 简要介绍了二次规划(QP)、约束规划(CP)等模型,并说明它们在特定问题中的适用性。 模型构建原则: 强调了模型构建的准确性、适用性和效率。讲解了如何准确地识别决策变量、目标函数和约束条件,如何处理数据的离散化和连续化,以及如何平衡模型的精度与计算复杂度。 第二部分:数学规划求解算法与技术 本部分聚焦于求解各类数学规划模型的算法和技术,从经典的精确算法到启发式的近似算法,为读者提供了丰富的工具箱。 线性规划求解算法: 单纯形法(Simplex Method): 详细解析了单纯形法的迭代过程,包括基变量、非基变量、检验数、旋转操作等,并探讨了其变种,如修正单纯形法。 内点法(Interior-Point Methods): 介绍了内点法作为求解大规模线性规划的有效替代方法,阐述了其基于路径跟踪的思想,并讨论了其理论优势和计算效率。 整数规划求解算法: 分支定界法(Branch and Bound): 详细讲解了分支定界法的原理,包括分支操作(将问题分解)和定界操作(计算下界/上界),以及如何利用线性规划松弛来获得界。 割平面法(Cutting Plane Method): 介绍了如何通过添加新的约束(割平面)来逼近整数可行域,从而逐渐收敛到最优整数解。 启发式算法与元启发式算法: 针对NP-难问题,介绍了局部搜索、模拟退火、遗传算法、禁忌搜索等启发式和元启发式算法,它们旨在快速找到高质量的近似解,尤其适用于大规模问题。 非线性规划求解算法: 梯度下降法及其变种: 介绍了最速下降法、共轭梯度法等基于梯度的优化方法。 牛顿法及其变种: 讲解了牛顿法及其拟牛顿法的原理,以及它们在求解二次收敛性问题中的作用。 序列二次规划(SQP): 介绍了SQP作为一种强大的非线性规划求解技术,其通过一系列二次规划子问题的迭代来逼近原问题。 敏感性分析与后最优分析: 讲解了如何分析模型参数变化对最优解的影响,包括右端点变化、目标函数系数变化等,这对于理解模型鲁棒性和进行决策调整至关重要。 第三部分:数学规划的实际应用与案例研究 本部分将理论与实践相结合,通过一系列详细的案例研究,展示数学规划在不同领域的应用,帮助读者理解如何将模型构建和求解技术应用于解决真实世界的问题。 生产与运营管理: 生产计划与排程: 如何利用线性规划和整数规划来优化生产线调度、最小化生产成本、最大化产出。 库存管理: 建立经济订货量模型、安全库存模型,以最小化库存持有成本和缺货成本。 供应链优化: 设计最优的物流网络、仓库选址、运输路线,实现高效的供应链运作。 金融与投资: 投资组合优化: 利用二次规划构建最优的投资组合,在给定风险水平下最大化预期收益,或在给定收益水平下最小化风险。 资产定价: 应用数学规划技术来理解和预测资产价格。 风险管理: 构建模型来量化和管理市场风险、信用风险等。 能源与资源: 电力系统优化: 制定最优的发电机组调度计划,以满足电力需求并最小化运行成本。 资源分配: 在水资源、森林资源等领域进行最优分配。 能源网络设计: 设计最经济、最高效的能源传输网络。 其他应用领域: 交通与物流: 车辆路径问题(VRP)、配送中心选址等。 人力资源规划: 员工排班、招聘计划等。 农业规划: 作物种植计划、肥料施用优化等。 本书特色: 系统性与全面性: 从基础理论到高级算法,再到实际应用,本书提供了一个全面的学习路径。 理论与实践并重: 详细讲解理论的同时,辅以大量的实例,帮助读者理解理论在实践中的应用。 深度与广度兼具: 涵盖了线性规划、整数规划、非线性规划等主流模型,并介绍了相关的求解技术。 清晰的逻辑结构: 各章节之间联系紧密,内容层层递进,易于读者理解和掌握。 强调模型构建的艺术: 不仅教授如何求解,更注重培养读者将实际问题转化为数学模型的“建模思维”。 本书适合于运筹学、管理科学、计算机科学、经济学、工程学等领域的研究生、高年级本科生,以及对数学规划及其应用感兴趣的科研人员和实践者。通过学习本书,读者将能够有效地构建数学模型来描述复杂问题,并掌握选择和应用合适的求解算法来获得最优或高质量的解决方案。

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读后感

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用户评价

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作为一名长期从事供应链优化的专业人士,我发现这本书中关于鲁棒优化和不确定性建模的部分,提供了我急需的新思路。作者对“模型不确定性”的理解是极其深刻的,他不仅仅停留在引入概率分布的层面,而是深入探讨了如何通过建立一系列约束条件来应对参数波动的最坏情况。这种对现实世界中信息不完全性的深刻洞察,使得书中的模型具备了极强的可移植性和可靠性。我特别关注了作者关于数据驱动决策的讨论,他展示了如何将机器学习的结果无缝地嵌入到传统的优化框架中,形成一个闭环的智能决策系统。这本书的整体论述节奏紧凑,信息密度高,但由于其结构组织的严密性,即便是面对如此深奥的内容,我也能保持阅读的连贯性,它无疑将成为我工作台面上最常翻阅的案头参考书之一。

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这本书的开篇就给我一种非常扎实、深入的感觉。作者似乎非常清楚读者在面对复杂的数学规划问题时,需要的不仅仅是理论的堆砌,更重要的是将这些理论与实际建模过程紧密结合起来的“工具箱”。读完前几章,我明显感觉到,作者在讲解如何将一个现实世界中的业务问题,一步一步地转化为严谨的数学模型方面,展现了极高的水准。他没有回避那些常见的陷阱和挑战,反而坦诚地指出了在变量选择、约束定义以及目标函数构建过程中容易出现的问题。这种由浅入深,层层递进的叙述方式,极大地增强了我的建模信心。特别是对于那些初次接触优化建模的工程师或分析师来说,这本书提供的那些详尽的案例分析,简直就是一本实战手册,它让我开始用一种全新的、结构化的视角去看待以往那些模糊不清的决策难题。我尤其欣赏作者对模型假设的讨论,这体现了一种严谨的学术态度和实用的工程智慧的完美结合。

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我最近一直在寻找一本能将“建模”与“求解”之间那道鸿沟有效连接起来的书籍,这本书在这方面做得尤为出色。作者没有止步于模型的建立,而是花了大量的篇幅来讨论如何有效地求解这些模型,包括对不同求解器特性的深入剖析。我特别喜欢其中关于启发式算法和元启发式算法的应用章节,它们展现了在面对大规模、非凸问题时,理论模型如何转向可操作的、快速收敛的工程实践。作者在介绍这些方法时,总是能够巧妙地将算法背后的数学原理和实际应用场景进行配对,使得读者不仅知道“怎么做”,更明白了“为什么这么做”。这种对实践工程的尊重,让整本书的价值远超一本纯粹的理论教科书,它更像是一位经验丰富的大师在言传身教,指引我们如何跨越理论与实践的边界。

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这本书的行文风格非常精炼,几乎没有冗余的赘述,每一个公式、每一个定义都像是经过千锤百炼才最终呈现出来的。对于已经具备一定优化基础的读者来说,这种直击核心的讲解方式无疑是最高效的学习途径。我惊喜地发现,作者在处理一些经典算法的理论推导时,采用了非常清晰的逻辑链条,使得原本看起来晦涩难懂的数学证明变得触手可及。例如,在探讨分支定界法的收敛性证明时,作者的阐述逻辑之流畅,让我一扫往日阅读相关文献时的那种“雾里看花”的感觉。不过,这也意味着这本书对读者的预备知识有一定的要求,如果读者对线性代数和微积分的基础不够牢固,可能会在某些推导细节上稍显吃力。总而言之,这是一本适合作为进阶参考书的力作,它提供的知识密度非常高,需要反复咀嚼才能完全消化其精髓。

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这本书的排版和图示设计给我留下了非常深刻的印象,它极大地提升了阅读体验。在讲解复杂的网络流问题或多阶段随机规划时,作者总是能用恰到好处的图示来辅助说明,这些图例清晰、直观,有效地避免了纯文字描述可能带来的歧义和理解偏差。我发现,很多优化问题中的结构关系,仅凭文字很难把握,但配合书中的图解,瞬间就能豁然开朗。此外,书中对不同建模范式(如修正目标函数法与拉格朗日松弛法)的比较分析,也是做得非常透彻和客观。作者没有偏袒任何一方,而是客观地列举了各自的优势和局限性,这种平衡的视角,让我能更全面地评估在特定场景下应采用何种建模策略,而不是盲目地套用一种“万能”方法。

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