Iterative Algorithms for Multilayer Optimizing Control

Iterative Algorithms for Multilayer Optimizing Control pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:Brdys, Mietek A.; Tatjewski, Piotr;
出品人:
页数:370
译者:
出版时间:
价格:1049.00元
装帧:
isbn号码:9781860945144
丛书系列:
图书标签:
  • 优化控制
  • 迭代算法
  • 多层控制
  • 非线性系统
  • 数值优化
  • 算法设计
  • 控制理论
  • 优化算法
  • 工程应用
  • 自适应控制
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具体描述

《并行计算在复杂系统建模中的应用》 本书深入探讨了并行计算技术在构建和分析复杂系统模型中的关键作用。随着科学研究和工程实践中面临的问题日益复杂化,对计算能力的需求也呈指数级增长。传统的串行计算方法已难以满足大规模、高维度、实时性要求的模拟和优化任务。因此,并行计算凭借其强大的分布式处理能力,成为了应对这些挑战的必然选择。 本书的核心内容围绕着如何有效地将并行计算策略应用于各种复杂的系统建模场景。我们首先会介绍并行计算的基本原理,包括并发、并行、共享内存模型、分布式内存模型以及常见的并行编程模型,如MPI(Message Passing Interface)和OpenMP(Open Multi-Processing)。在此基础上,我们将详细阐述如何针对不同的计算任务和硬件架构,选择和设计合适的并行算法。 在实际应用方面,本书将聚焦于几个具有代表性的复杂系统领域,并展示并行计算的实际效用。 第一部分:并行计算基础与策略 并行计算模型与架构: 介绍不同类型的并行计算架构,包括多核处理器、GPU(Graphics Processing Unit)、集群系统和超级计算机,以及它们在解决大规模计算问题时的优势。 并行算法设计范式: 深入解析常见的并行算法设计策略,如任务分解、数据分解、流水线并行、数据并行和模型并行。我们将讨论如何在不同场景下权衡这些策略,以最大化计算效率。 并行通信与同步: 重点讲解在分布式内存系统中,如何高效地进行进程间通信(如消息传递)和同步。涵盖点对点通信、集体通信以及各种同步机制(如屏障、锁)在并行算法中的应用。 并行编程工具与技术: 介绍主流的并行编程语言和库,如C/C++与MPI/OpenMP的结合,以及Python在分布式计算中的应用。我们将提供实际的代码示例,帮助读者理解并行程序的开发流程。 第二部分:并行计算在科学与工程建模中的应用 大规模数值模拟: 有限元分析(FEA)的并行化: 详细介绍如何将求解大型稀疏线性方程组、网格划分和时间步进等过程进行并行化,以加速结构力学、流体力学和电磁场仿真。我们将讨论区域分解、混合精度计算等技术。 计算流体力学(CFD)的并行化: 探讨如何并行化求解Navier-Stokes方程、处理复杂的几何体网格以及实现自适应网格细化。重点关注如何优化数据局部性以减少通信开销。 分子动力学模拟的并行加速: 介绍如何并行化计算粒子间的相互作用力、更新粒子位置和速度,以及处理周期性边界条件。我们将分析不同并行策略(如空间分解)的适用性。 优化问题求解的并行化: 大规模优化算法的并行实现: 针对如遗传算法、粒子群优化、模拟退火等全局优化算法,介绍如何设计并行策略以加速搜索过程。我们将探讨并行评估目标函数、并行更新种群/粒子以及并行搜索空间。 线性规划与二次规划的并行求解: 讲解如何并行化求解大规模线性系统和优化问题,包括Simplex方法和Interior-point方法的并行变种。 约束优化问题的并行处理: 讨论如何并行化求解包含复杂约束条件的优化问题,例如在生产调度、资源分配等实际应用中。 数据分析与机器学习的并行化: 大规模数据集的并行处理: 介绍如何利用并行计算加速数据预处理、特征提取以及统计分析过程。 并行深度学习模型训练: 详细阐述数据并行、模型并行和混合并行策略在训练大型神经网络中的应用。我们将讨论如何利用GPU集群加速反向传播和梯度下降过程。 并行模式识别与聚类算法: 介绍如何并行化K-means、DBSCAN等聚类算法,以及用于大规模数据集的降维和特征选择方法。 第三部分:挑战与未来展望 并行算法的性能调优: 讨论影响并行算法性能的关键因素,如通信开销、负载均衡、内存访问模式和并行度。介绍常用的性能分析工具和调优技术。 容错与可靠性: 针对大规模并行系统,探讨如何设计容错机制以应对硬件故障和软件错误,保证计算的连续性和结果的可靠性。 异构计算与新兴架构: 展望并行计算在异构计算环境(如CPU+GPU+FPGA)中的发展趋势,以及新兴计算架构(如神经形态计算)对复杂系统建模的潜在影响。 软件工程与生态系统: 探讨并行计算软件开发流程的演进,以及开源社区在推动并行计算技术发展中的作用。 本书旨在为研究人员、工程师和高级学生提供一个全面的框架,帮助他们理解和应用并行计算技术解决复杂系统建模中的挑战。通过理论讲解与实际案例相结合的方式,读者将能够掌握设计、实现和优化高效并行算法的能力,从而在各自的研究和工程领域取得突破。

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读后感

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用户评价

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这本书的封面设计简洁有力,黑底白字的标题在光影下显得格外醒目,一看就知道是面向专业领域的硬核之作。我花了相当长的时间来消化其中的内容,特别是那些关于收敛性分析和稳定性判据的部分。作者在构建理论框架时展现了令人惊叹的数学功底,每一个推导都像是精心雕琢的艺术品,环环相扣,逻辑严密到让人几乎找不到可以质疑的地方。然而,对于初学者来说,这无疑是一道高耸入云的门槛。书中充斥着大量的希腊字母和复杂的矩阵运算,如果没有扎实的高等数学和控制理论背景,很容易在阅读过程中迷失方向。我印象最深的是关于随机梯度下降法在非凸优化问题中的应用章节,作者不仅仅停留在理论层面,还结合了一些实际工程中的案例进行模拟,虽然这些案例的复杂程度已经超出了我目前的工作范畴,但那种对问题本质的深刻洞察力,确实令人佩服。总体而言,这是一部需要耐心和毅力去啃噬的著作,它提供的知识深度和广度是毋庸置疑的,但其晦涩的表达方式也决定了它的受众群体相对窄化,绝对不是那种可以用来“放松阅读”的书籍。

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坦白讲,这本书的阅读体验是充满挑战,但也异常丰厚的。我发现,作者在阐述同一个概念时,经常会使用至少两种不同的数学视角进行交叉验证,比如从拉格朗日对偶性的角度和从变分不等式的角度来看待同一个优化问题的最优性条件,这种多角度的审视极大地巩固了我对这些抽象概念的理解。特别是书的后半部分,关于分布式控制和多智能体协作的章节,其前瞻性令人振奋。作者预见性地指出了未来在去中心化决策网络中,如何利用快速迭代机制来保证全局一致性所面临的核心障碍。然而,这本书的排版和图示方面稍显保守,很多关键的数学结构图表略显粗糙,有时需要反复对照文字才能准确捕捉作者想要表达的几何直观。对于习惯了精美图文并茂的现代教材的读者来说,这可能是一个小小的遗憾。但这或许也反映了作者对内容本身质量的绝对自信,认为优美的数学公式远胜于花哨的图形渲染。

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这本书给我的感觉就像是攀登一座需要精确导航的雪山,每向上一个台阶,视野都会变得开阔,但随之而来的是更稀薄的空气和更严峻的考验。我特别欣赏作者在处理非线性动态系统中的鲁棒性问题时所采用的微分几何工具。他没有回避复杂性,而是迎难而上,用张量分析来描述系统状态空间中的曲率变化,从而更精确地评估外部扰动对系统稳定性的影响范围。这种将高维几何概念引入经典控制领域的做法,是全书最闪光的部分。不过,全书的论证节奏稍显缓慢,尤其是前三章花费了大量篇幅来铺垫基础,对于那些已经对基础优化理论有充分把握的读者来说,可能会觉得略显冗长。我期待作者能提供更多的在线资源或者配套的编程练习,以便读者能更好地将这些深刻的理论转化为可执行的仿真模型,因为单凭书中的理论推导,真正落地实施的难度依然很高。

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从学术价值的角度来看,这部著作无疑是一部里程碑式的作品。它并没有满足于对经典算法进行简单的修补或重新包装,而是真正致力于探究深层次的优化理论极限。我被书中关于“最优控制的迭代性边界”的讨论深深吸引。作者提出了一种全新的收敛速度评估标准,这个标准考虑到了计算资源的实际消耗,而不仅仅是理论上的渐进复杂度。这一点体现了作者极强的工程敏感性。尽管如此,我必须指出,这本书的写作风格偏向于十九世纪的数学经典,句式结构复杂,大量使用被动语态和长从句,使得即便是理解了其中的数学逻辑,也需要花费额外精力去梳理语言本身。它要求读者不仅是一个优秀的数学家,还必须是一个精通特定学术英语表达习惯的读者。对于那些追求前沿理论突破的博士生和资深工程师来说,这本书是不可或缺的参考,但对于想要快速入门或寻求应用指南的读者,可能需要配合其他更具指导性的教材进行辅助学习。

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初次翻阅这本厚重的专著时,我最大的感受是作者在组织材料上的那种“循序渐进”的匠心。它似乎刻意避开了对现有成熟算法的简单罗列,而是从最基本的数学原理出发,层层递进地构建起多层优化控制的理论基石。尤其是在处理多目标冲突和Pareto前沿分析时,作者引入了一种非常新颖的权重分配机制,它不像传统方法那样依赖于预先设定的主观权重,而是通过一个动态迭代过程来“学习”出最优的折衷方案。这种处理方式极大地拓宽了我对复杂系统控制思路的理解。当然,书中对于算法实现的细节描述相对精简,很多关键的数值稳定性处理需要读者自行去查阅相关的数值分析文献进行补充。我在尝试将书中的一个动态规划算法应用于一个小型机器人路径规划问题时,就遇到了边界条件处理上的难题,这说明本书更侧重于“知道是什么”和“为什么是这样”,而不是“如何具体去做”。不过,对于那些希望站在控制理论前沿,探索算法内在机理的研究人员来说,这本书无疑提供了一个极佳的理论高地去俯瞰整个领域。

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