Linear and Nonlinear Programming (Fourth Edition)

Linear and Nonlinear Programming (Fourth Edition) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer
作者:David G. Luenberger
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:2015-7-31
价格:0
装帧:Hardcover
isbn号码:9783319188416
丛书系列:International Series in Operations Research & Management Science
图书标签:
  • 最优化
  • 数学
  • 运筹学
  • 线性规划
  • 非线性规划
  • 优化
  • 算法
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  • 运筹学方法
  • 最优化理论
  • 第四版
  • 应用数学
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具体描述

《线性与非线性规划(第四版)》 内容简介 《线性与非线性规划(第四版)》是一部深入探讨数学规划领域经典理论与前沿应用的权威著作。本书旨在为读者提供一个全面且系统化的学习框架,理解并掌握解决各类优化问题的核心方法与技术。本书的重点在于严谨的数学推导、直观的几何解释以及丰富的实际应用案例,力求在理论深度和实践指导性之间取得最佳平衡。 理论体系构建 本书的开篇奠定了坚实的数学基础。首先,详细阐述了线性规划的基本概念、标准形式、可行域的几何特性,以及基本可行解、最优解的性质。在此基础上,本书系统地介绍了求解线性规划的经典算法——单纯形法,并深入剖析了其几何意义、代数过程、以及可能遇到的退化、无界和无可行解等问题。双线性规划(Dual Linear Programming)作为线性规划的重要组成部分,也得到了详尽的阐述,包括其与原问题的关系、对偶单纯形法以及对偶理论在实际问题中的应用价值。 紧接着,本书将目光转向更为广泛的非线性规划。从单变量函数的优化问题入手,介绍了收敛准则、最优性条件(如费马定理、一阶必要条件)以及梯度下降法等基本迭代算法。随后,本书逐步深入到多变量非线性规划,详细讲解了KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件,这是约束优化问题的核心最优性条件,并阐述了其几何解释和理论意义。 在介绍完理论基础后,本书重点介绍了各类非线性规划算法。其中包括: 无约束优化算法: 详细介绍了梯度下降法(包括步长选择策略)、牛顿法及其变种(如拟牛顿法,包括DFP、BFGS等),分析了它们的收敛速度、计算复杂度和适用范围。 约束优化算法: 惩罚函数法与障碍函数法: 解释了如何将约束问题转化为一系列无约束问题求解,分析了其收敛性和缺点。 序列二次规划(SQP)法: 重点讲解了SQP法的核心思想,即在每次迭代中求解一个二次规划子问题来逼近原非线性规划问题,深入剖析了Hessian矩阵的近似计算、KKT条件的应用以及子问题的求解方法。 内点法: 作为近年发展迅速且效果显著的算法,本书对内点法进行了详细的介绍,包括其基本思想、障碍函数、中心路径,以及如何求解对偶变量和更新迭代步长。 投影梯度法与其他方法: 简要介绍了一些适用于特定类型约束问题的算法,如投影梯度法等,拓宽读者的视野。 方法与技术深度 本书不仅注重算法的介绍,更强调对算法背后原理的理解。对于每种算法,都提供了详细的收敛性证明,并分析了其在计算效率、鲁棒性以及对初始点的敏感度等方面的优缺点。本书还深入探讨了以下关键技术: 二次规划(Quadratic Programming, QP)的求解: QP作为许多高级优化算法(如SQP、内点法)的子问题,本书专门辟章节详细介绍求解QP的有效算法,如Lemke-Howton算法、Bar-ranch-Thieu算法等。 凸优化理论: 强调了凸集、凸函数以及凸规划的特殊性质,解释了为何凸问题更容易求解,并讨论了凸优化在机器学习、信号处理等领域的广泛应用。 最优化中的数值稳定性与精度: 讨论了在实际计算中可能遇到的数值误差问题,以及如何设计鲁棒的算法来保证计算的稳定性和精度。 全局优化技术: 简要介绍了全局优化问题的挑战,并探讨了分支定界法、模拟退火等全局搜索策略。 广泛的应用领域 《线性与非线性规划(第四版)》的价值不仅体现在其理论的严谨性,更在于其对实际问题的深刻洞察。本书通过大量精心挑选的案例,展示了数学规划技术在各个领域的强大应用能力,包括但不限于: 生产计划与资源分配: 如何通过线性规划优化生产调度,最小化成本,最大化利润。 投资组合优化: 利用均值-方差模型,结合非线性规划技术,构建最优投资组合。 机器学习中的模型训练: 如支持向量机(SVM)的求解、逻辑回归的参数估计等,这些都涉及到约束优化问题。 工程设计优化: 如结构设计、控制系统设计中的参数优化。 物流与供应链管理: 车辆路径问题、库存管理等。 组合优化与整数规划(简述): 虽然本书侧重于连续优化,但也会简要介绍整数规划的概念及其与线性规划的联系。 学习导向 本书结构清晰,逻辑严谨,语言精炼,既适合作为高等院校数学、计算机科学、工程学、经济学等专业本科生和研究生的教材,也适用于从事相关领域研究与开发的工程师和科研人员。书中提供了大量的习题,旨在帮助读者巩固所学知识,并将理论应用于解决实际问题。本书的第四版,在继承前几版优良传统的基础上,融入了最新的研究进展和算法改进,进一步提升了其作为一本经典参考书的价值。通过本书的学习,读者将能够深入理解优化问题的本质,掌握解决复杂决策问题的有力工具。

作者简介

David G. Luenberger received the B.S. degree from the California Institute of Technology and the M.S. and Ph.D. degrees from Stanford University, all in Electrical Engineering. Since 1963 he has been on the faculty of Stanford University. He helped found the Department of Engineering-Economic Systems, now merged to become the Department of Management Science and Engineering, where his is currently a professor.

He served as Technical Assistant to the President’s Science Advisor in 1971-72, was Guest Professor at the Technical University of Denmark (1986), Visiting Professor of the Massachusetts Institute of Technology (1976), and served as Department Chairman at Stanford (1980-1991).

His awards include: Member of the National Academy of Engineering (2008), the Bode Lecture Prize of the Control Systems Society (1990), the Oldenburger Medal of the American Society of Mechanical Engineers (1995), and the Expository Writing Award of the Institute of Operations Research and Management Science (1999). He is a Fellow of the Institute of Electrical and Electronic Engineers (since 1975).

Yinyu Ye is currently the Kwoh-Ting Li Professor in the School of Engineering at the Department of Management Science and Engineering and Institute of Computational and Mathematical Engineering and the Director of the MS&E Industrial Affiliates Program, Stanford University. He received the B.S. degree in System Engineering from the Huazhong University of Science and Technology, China, and the M.S. and Ph.D. degrees in Engineering-Economic Systems and Operations Research from Stanford University.

Ye's research interests lie in the areas of optimization, complexity theory, algorithm design and analysis, and applications of mathematical programming, operations research and system engineering. He is also interested in developing optimization software for various real-world applications. Current research topics include Liner Programming Algorithms, Markov Decision Processes, Computational Game/Market Equilibrium, Metric Distance Geometry, Dynamic Resource Allocation, and Stochastic and Robust Decision Making, etc. He is an INFORMS (The Institute for Operations Research and The Management Science) Fellow, and has received several research awards including the inaugural 2012 ISMP Tseng Lectureship Prize for outstanding contribution to continuous optimization, the 2009 John von Neumann Theory Prize for fundamental sustained contributions to theory in Operations Research and the Management Sciences, the inaugural 2006 Farkas prize on Optimization, and the 2009 IBM Faculty Award.

目录信息

读后感

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用户评价

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我必须承认,这本书的排版和图示设计比起我之前接触过的几本优化领域的书来说,显得更为现代和直观。那些精心绘制的几何解释图,对于理解高维空间中的可行域、目标函数的曲率变化,起到了立竿见影的效果。在讲解像内点法或序列二次规划这类复杂的迭代算法时,那种将复杂数学公式嵌入到清晰流程图中的处理方式,极大地降低了读者的理解门槛。我个人一直认为,优化理论的学习过程中,视觉辅助是至关重要的一环,这本书显然在这方面投入了大量的精力。它没有陷入那种只有密密麻麻公式的“劝退”模式,而是巧妙地利用视觉元素来增强概念的清晰度。例如,对于KKT条件的几何意义的阐述,如果能配上恰到好处的剖面图,那么那些原本晦涩的条件就会立刻变得“可触摸”起来。这表明作者不仅仅是数学家,更是一位出色的教育家,深谙如何将深奥的知识有效地传递给学习者。这种对细节的关注,决定了一本书的最终实用价值。

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坦率地说,我对这本书的“历史回顾”和“哲学探讨”部分产生了浓厚的兴趣。在学习任何一门成熟的学科时,了解其思想的演变脉络是很有必要的。优化理论的发展充满了曲折和思想的碰撞,从早期的线性规划突破到非线性优化中的各种局部最优陷阱,再到现代全局优化和机器学习优化算法的兴起,每一步都凝结了无数人的智慧和心血。如果作者能在适当的地方穿插对这些关键思想家、里程碑式论文的介绍,这将极大地丰富阅读体验,并激发读者对未来研究方向的思考。这种对学科背景的尊重和梳理,能够帮助读者理解为什么某些方法被选择,而另一些则被弃用,从而培养出批判性的学术眼光。一本伟大的教材,不仅要教你“如何做”,更要告诉你“为什么是这样做的”,这本书的厚重感似乎预示着它在这方面不会有所保留。

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这本书的另一大潜在优势,或许在于它对计算复杂性和数值稳定性的探讨。在现代计算能力日益强大的背景下,一个理论上最优的算法如果在实际运行中需要耗费天文数字的时间,或者对初始点的选择过于敏感,那么它的实用价值就会大打折扣。我希望看到作者能够深入讲解不同算法在数值精度、收敛速度和鲁棒性方面的权衡。例如,在处理病态(ill-conditioned)问题时,梯度的微小扰动如何被放大,以及梯度下降类方法如何通过预处理或修正步长来保持稳定性。这种对“工程实现细节”的关注,是将理论转化为可靠软件的关键。如果书中能提供关于如何评估算法性能的量化指标和标准测试案例的讨论,那么它就能成为指导实践者进行算法选择和调优的权威指南。优秀的优化理论必须是可计算、可信赖的,这本书的深度应该能很好地覆盖这一维度。

评分☆☆☆☆☆

从一个应用研究人员的角度来看,这本书最大的价值可能在于其对模型建模范式的深入剖析。许多教科书在讲完理论后就戛然而止,留下读者在实际应用中无从下手,因为现实世界的问题往往充满了不确定性和结构上的复杂性。我期待这本书能提供一套系统性的方法论,来处理现实中常见的那些“脏”数据和“非标准”的优化问题,比如大规模的随机规划,或者需要结合启发式方法的混合整数规划。如果它能提供关于如何将实际业务约束(如资源限制、时间窗口)精确地转化为数学语言的案例分析,那对于工程师和数据科学家来说,将是无价之宝。这种“从问题到模型”的思维训练,远比单纯的“算法复现”更为关键。毕竟,优化技术的生命力在于它能解决实际世界中的难题,而不是停留在纸面上的完美模型。这本书如果能体现出这种实战精神,那它无疑就超越了一般的教材范畴。

评分☆☆☆☆☆

这本教材的深度和广度着实令人印象深刻,即便只是浏览目录和前言,也能感受到作者在构建知识体系上的匠心独运。它似乎不仅仅停留在理论的罗列上,更注重将抽象的数学概念与实际应用场景紧密结合。我特别欣赏它对基础概念的阐述方式,那种循序渐进、层层递进的逻辑结构,使得即便是初次接触优化理论的读者,也能建立起扎实的基础框架。书中对经典算法的描述想必极为详尽,从理论推导到算法步骤的清晰界定,这对于希望深入理解求解过程的读者而言,无疑是巨大的福音。这种严谨的学术态度,使得该书不仅仅是一本教科书,更像是一本可以反复研读的参考手册,尤其是在处理复杂约束条件和非凸问题时,其提供的视角和工具箱想必是极其丰富的。它展现出一种对数学严谨性和工程实用性之间平衡的深刻理解,这是许多同类著作难以企及的高度。 这种全面的覆盖面预示着,无论你的研究兴趣偏向理论前沿还是侧重实际模型构建,这本书都能为你提供坚实的立足点和广阔的视野。

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