Introduction to Optimization

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出版者:Optimization Software
作者:Boris T. Polyak
出品人:
页数:464
译者:
出版时间:1987-5-1
价格:0
装帧:Hardcover
isbn号码:9780911575149
丛书系列:
图书标签:
  • 数学
  • Optimization
  • 优化
  • 数学规划
  • 运筹学
  • 算法
  • 数值优化
  • 最优化理论
  • 凸优化
  • 线性规划
  • 非线性规划
  • 机器学习
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具体描述

内容概要: 《引论:优选理论的基石》并非一本探讨“导论”之书,而是旨在为读者提供一个深入理解“优选”概念的坚实基础。本书不侧重于具体的算法或技术的介绍,而是深入剖析优选思想的哲学根源、历史演进以及其在不同学科领域内的普遍性。我们将从“何为优选”这一根本性问题出发,通过对人类认识世界、改造世界过程中对“最优”状态的追求进行溯源,揭示优选理论的内在驱动力。 本书将首先在哲学层面探讨“最优”的含义。我们将审视那些关于完美、效率、和谐以及资源最大化利用的古老思想,例如亚里士多德的“目的论”和功利主义的“最大幸福原则”。通过对比不同哲学流派对“好”与“坏”、“多”与“少”的评判标准,读者将理解优选并非一个单一、普适的概念,而是与特定的目标、价值体系和社会文化背景紧密相连。我们将探讨,在面对复杂问题时,如何界定“最优解”的边界,以及“最优”是否总是等同于“唯一”。 历史的视角同样不可或缺。本书将追踪人类历史上对“优选”的探索历程。从古代的度量衡制度、军事战略的优化,到工业革命时期对生产效率的极致追求,再到现代科学技术发展中对计算资源、时间成本的精打细算,我们将梳理出优选思想如何在不同的时代背景下演化,并逐渐形成一套相对系统化的理论框架。我们将重点关注那些对优选理论发展做出奠基性贡献的人物和思想,例如牛顿的微积分在连续优化中的作用,或者早期运筹学的发展如何将工程学和经济学中的优化思想相结合。 本书的核心内容将集中在优选理论的普适性原则上。我们不介绍具体的数学模型,而是专注于提炼出跨越学科界限的、能够指导任何优化问题的通用思维模式。这包括: 1. 目标函数的明确化: 任何优化过程都始于对“想要什么”的清晰定义。本书将强调如何将模糊的愿望转化为可量化、可衡量的目标。我们将探讨目标函数的选择对最终优化结果的决定性影响,以及如何处理多目标优化时的权衡与冲突。例如,一个企业的“最优”生产可能是在利润最大化、成本最小化、环境影响最小化之间取得平衡。 2. 约束条件的识别与分析: 现实世界中的任何优化都存在限制。本书将深入探讨如何识别、理解并准确地描述这些约束条件。这可能包括资源限制(人力、物力、财力)、技术限制、法律法规、时间限制等等。我们将分析不同类型约束的性质,以及它们如何影响可行解空间的形成。例如,在规划一次旅行时,除了想去的地点,还需要考虑预算、时间、交通方式等一系列约束。 3. 决策变量的界定: 优选问题的核心在于“如何做”的选择。本书将聚焦于如何识别和定义那些可以被改变、被操纵的变量,这些变量的取值将直接决定最终结果。我们将探讨变量的连续性、离散性以及它们之间的相互关系。例如,在投资组合优化中,决策变量就是每种资产的投资比例。 4. 可行域与最优解的概念: 在明确了目标和约束后,我们就需要理解“可能做什么”和“最好做什么”。本书将详细阐述可行域的概念,即所有满足约束条件的解的集合。在此基础上,我们将探讨如何在这个可行域中寻找满足目标函数最优值的那个解。我们将区分局部最优解和全局最优解,并讨论在不同情况下寻找全局最优解的挑战。 5. 对“优选”的批判性反思: 优选理论并非万能药。本书的一个重要组成部分将是对优选概念进行审慎的反思。我们将探讨其局限性,例如对不确定性和风险的处理,对人类行为和心理因素的忽视,以及在非理性决策环境下的失效。我们将讨论,在某些情况下,对“最优”的过度追求可能导致僵化、创新受限,甚至产生意想不到的负面后果。例如,过度追求短期利润可能损害企业的长期发展或社会责任。 本书的受众不限于数学家或计算机科学家,而是任何希望提升决策能力、解决复杂问题的人。无论您是管理者、工程师、研究人员,还是对人类如何追求更好生活方式充满好奇的普通读者,本书都将提供一套全新的思维框架。我们将通过对历史事件、日常生活现象以及跨学科案例的深入剖析,来生动地阐释优选思想的精髓。例如,我们将探讨城市规划中如何平衡交通流量与居民生活品质,或者在个人发展中如何平衡职业追求与家庭幸福。 《引论:优选理论的基石》是一次思想的旅行,一次对人类智慧如何追求卓越的深刻探索。它旨在启发读者,不仅在面对具体问题时能找到“更优”的解决方案,更能培养一种超越具体方法的、普适性的优化思维。本书不提供速成的技巧,而是致力于塑造一种更深刻、更具洞察力的思考方式,帮助读者在纷繁复杂的世界中,更清晰地认识“最优”的真谛,并更有智慧地去追求它。 本书的内容组织将遵循从宏观到微观,从哲学到实践的逻辑顺序。开篇将以引人入胜的哲学思辨拉开帷幕,通过对人类古老智慧的追溯,确立优选理论的思想根基。随后,我们将穿越历史的长河,观察优选思想如何在不同文明和时代背景下生根发芽,演变壮大。本书的主体部分将围绕几个核心的普适性原则展开,这些原则是理解任何优化问题的关键。我们将用丰富的案例和深入的分析,来阐释如何界定目标、识别约束、定义变量,并理解可行域和最优解的概念。最后,本书将回归审慎的哲学反思,探讨优选理论的局限性,并强调在实践中运用优选思维时应有的智慧和批判精神。 本书的目标是让读者在合上书本时,能够以一种全新的、更具批判性和系统性的视角来审视自己周围的世界。他们将不再仅仅满足于表面的解决方案,而是能够深入挖掘问题本质,识别潜在的优化机会,并以更有效、更具远见的方式做出决策。本书并非一本操作手册,而是一扇通往优化思维殿堂的大门,它邀请每一位求知者踏入其中,去感受那份对“更好”的永恒追求所蕴含的深刻智慧。

作者简介

Boris T. POLYAK

Birth: May 4, 1935, Moscow, Russia.

Position:

Laboratory Head, Institute for Control Sciences, Russian Academy of Sciences and Professor, Department of Engineering Cybernetics, Moscow Institute of Physics and Technology.

Education:

Student, Moscow Institute of Steel, 1952-1958,

Graduate Student, Moscow State University, 1960-1963.

Degrees:

Candidate of Science (Physics and Mathematics)(Russian equivalent to Ph.D.) - Moscow State University, 1963;

Doctor of Science (Engineering)(Highest scientifical degree in Russia) - Institute for Control Sciences, 1978.

Professional Membership: Associate Editor of Journals:

"Journal of Optimization Theory and Applications",

"Numerical Functional Analysis and Optimization",

"Automation and Remote Control",

"Computational Optimization and Applications",

"Control and Cybernetics",

"Journal of Difference Equations and Applications".

Former Associate Editor of "Mathematical Programming".

Member of Numerous Program Committees of International Conferences and Workshops.

Member of IFAC Technical Committee on Adaptive Control.

Head of Committee on Systems and Signals, Russian National Committee on Automatic Control.

Member of American Mathematical Society.

Publications: 4 Monographs, 177 Papers in Refereed Journals, 131 Papers in Conference Proceedings.

Employment:

1963-1971 - Moscow State University, Computer Center, Junior (later Senior) Scientific Researcher.

1971-present - Institute for Control Sciences, Moscow, Senior (later Leading and Principal) Scientific Researcher, at present - Head of Laboratory on Adaptive and Robust Systems.

Visiting Positions:

1991-1992 - Meyerhoff Fellow, The Weizmann Institute of Science, Israel.

1992, 1994 - Visiting Professor, University of Wisconsin-Madison, USA.

1995, 1997 - Visiting Professor, University of Paris-Sud, France.

1997, 2001, 2002 - Visiting Professor, Ecole Normale Superieur, Cachan, France.

1999 - NATO Fellow, 2000 - Visiting Professor, Politecnico di Torino, Turin, Italy.

Ph.D. Students Supervised: 17 of them Received a Degree of Candidate of Science (equivalent to Ph.D.), 4 of them are Doctors of Science.

Awards:

Meyerhoff Fellowship, 1991;

Andronov's Award of Russian Academy of Science, 1994;

Letov's Award of Institute for Control Science, 1999;

NATO Fellowship, 1999;

Award for the Best Paper, Published by Nauka, 2000;

Kulebakin's Award of Institute for Control Science, 2004;

Tzypkin's Award of Institute for Control Science, 2005;

Feldbaum's Award of Institute for Control Science, 2005;

IFAC Fellow, 2006.

Addresses:

Participated at Numerous National and International Conferences and Workshops. Gave Lectures at Universities of Russia, USA, France, Germany, Austria, Mexico, Israel, China, Australia and Other Countries. Plenary lecture at 17th International Symposium on Mathematical Programming, Atlanta, GA, August 2000.

Teaching Experience:

Moscow State University, Dept. of Mathematics (1960-1971) - Mathematical Programming, Optimal Control, Theory of Extremal Problems;

Moscow Institute of Physics and Technology (1983- present) - Control Theory, Optimization and Control.

Areas of Interest:

Mathematical Programming,

Convex Analysis,

Numerical Analysis,

Stochastic Approximations,

Robust Estimation,

Stochastic Optimization,

Optimal Control,

Robust Stability,

Robust Control.

目录信息

读后感

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用户评价

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这部关于优化的著作,其深度和广度都令人印象深刻。它并非一本仅仅停留在教科书表面的理论堆砌,而是真正深入到了问题的核心。作者在开篇就清晰地阐述了优化问题的基本框架和数学语言,这对于初学者来说无疑是一个很好的起点,但更引人注目的是其对高级主题的探讨。例如,在非线性优化部分,它对KKT条件(Karush-Kuhn-Tucker conditions)的推导过程细致入微,甚至考虑了在不同约束类型下的敏感性分析,这一点在很多同类书籍中往往被一笔带过。更让我赞赏的是,书中将理论与实际应用紧密结合。它没有仅仅停留在证明定理上,而是提供了大量关于如何将这些理论应用于资源分配、机器学习模型训练等实际场景的案例分析。特别是对大规模优化问题的求解策略,如内点法和分解法的介绍,不仅解释了算法背后的数学原理,还讨论了它们在工程实现中可能遇到的数值稳定性问题,这对于希望将优化技术应用于工业界或科研前沿的读者来说,提供了宝贵的实践指导。这本书的习题设计也极具匠心,难度梯度合理,既有巩固基础概念的计算题,也有需要深入思考和证明的挑战性问题,确保读者能够真正消化吸收所学知识。

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说实话,我过去接触过几本关于运筹学和优化方法的书籍,但坦率地说,很多要么过于晦涩,充斥着只有数学家才能理解的术语,要么就过于肤浅,只给出了公式而缺乏内在逻辑的串联。而这本专著在这方面找到了一个绝佳的平衡点。它的叙述风格非常具有启发性,仿佛一位经验丰富的导师在为你娓娓道来。比如在讨论凸优化时,作者巧妙地引入了对偶性的几何解释,而不是一开始就抛出复杂的Lagrange函数,这种自下而上的构建方式,让“对偶”这个抽象的概念变得具象化、可触摸。书中对约束优化的处理尤为精彩,它没有局限于传统的线性规划,而是花费了大量篇幅来阐述求解非凸、非光滑问题的现代方法,特别是次梯度方法的介绍,显得非常前沿。我个人尤其欣赏的是其在章节末尾对“历史背景与发展趋势”的梳理,这使得我们不仅知道“如何做”,更明白了“为何要这样做”,以及未来可能的发展方向。这种对知识体系的整体把握能力,是区分一本优秀参考书和普通教材的关键所在。总而言之,它提供了一种深刻的理解,而不仅仅是工具的简单介绍。

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这本书最让我感到耳目一新的地方,在于它对优化理论的“统一性”的强调。许多教材将线性规划、凸优化、非线性规划视为几个相对独立的模块,读者很难看到它们之间的内在联系。而这本专著通过一套连贯的数学框架,展示了从简单的线性模型到复杂的非光滑、随机模型,其背后的基本原理是如何一脉相承的。比如,它在引入对偶理论时,不仅在凸优化中详述,还巧妙地将其思想扩展到了求解非凸问题时的松弛(Relaxation)技术上。这种宏观的视角极大地提升了读者的理论认知高度。此外,书中对优化求解器的内部工作机制也进行了揭示,这对于那些希望优化现有软件性能或开发新算法的专业人士来说,提供了必要的底层知识。它没有仅仅停留在介绍“有哪些工具”,而是深入探讨了“这些工具是如何制造出来的”以及“在什么情况下它们会失效”。阅读过程如同进行了一次智力上的攀登,虽然过程充满挑战,但最终到达的视野是开阔且令人满足的。它无疑是优化领域内一本严肃且权威的著作。

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我对这本书的整体评价是:这是一部极具深度的知识宝库,但它对读者的预备知识有一定的要求。如果你是完全没有接触过微积分、线性代数和基础的实分析概念的初学者,直接跳入可能需要经历一段比较陡峭的适应期。然而,对于那些已经具备坚实数理基础,并希望系统性地掌握优化理论“全景图”的人士来说,这本书简直是量身定做。它巧妙地将理论的严谨性与计算的实用性编织在一起。我特别欣赏它在处理约束条件时的细致入微。例如,当涉及到等式约束和不等式约束的耦合时,作者不仅给出了数值求解的路径,还讨论了在某些病态情况下,算法可能出现的振荡或早熟停滞现象,并提供了相应的正则化或预处理策略。这种对“鲁棒性”的关注,显示出作者深厚的实践经验。总而言之,它不是那种读完后感觉“什么都会了”的速成指南,而是一本需要反复研读、时常翻阅、并在实际工作中对照检验的经典参考书。

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阅读体验上,这本书的排版和图示功不可没。优化理论,尤其是涉及到高维空间或迭代过程时,如果缺乏清晰的视觉辅助,读起来会非常吃力。这本书在这方面做得非常出色,每一个关键概念,无论是可行域的边界、梯度下降的方向,还是收敛区域的划分,都有精确且信息量丰富的图表支撑。我特别留意了书中关于随机优化和近似算法的部分。鉴于现代数据科学对速度和可扩展性的要求,仅依赖精确求解方法往往是不切实际的。作者很到位地引入了诸如随机梯度下降(SGD)的方差分析,并探讨了在处理超大规模数据集时,如何通过随机抽样来保证解的质量。这表明作者紧跟时代脉搏,没有沉溺于经典的、计算成本高昂的算法中。对于那些需要快速在庞大数据集上找到“足够好”解的工程师和研究人员来说,这部分的覆盖深度和广度是极其宝贵的。此外,书中对算法的复杂度分析也相当严谨,量化了不同方法在计算资源上的消耗,这在实际工程决策中至关重要。

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