Optimization With Disjunctive Constraints (Lecture Notes in Economic and Mathematical Systems)

Optimization With Disjunctive Constraints (Lecture Notes in Economic and Mathematical Systems) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer
作者:Hanif D. Sherali
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1980-10
价格:USD 18.95
装帧:Paperback
isbn号码:9780387102283
丛书系列:
图书标签:
  • Optimization
  • Mathematical Programming
  • Disjunctive Programming
  • Mixed Integer Programming
  • Economic Systems
  • Mathematical Systems
  • Operations Research
  • Algorithms
  • Modeling
  • Constraints
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具体描述

《优化理论基础与现代应用》 (一本深入探讨数学优化核心概念、经典算法以及面向实际工程与经济决策挑战的专著) --- 内容概述 本书旨在为读者提供一个全面且深入的数学优化理论框架,重点关注经典优化问题、求解算法的理论基础,以及这些方法在当代科学与工程领域中的实际应用。本书内容结构严谨,从最基础的凸优化理论出发,逐步过渡到更复杂、更具挑战性的非凸优化、大规模优化以及鲁棒优化等前沿课题。全书的撰写力求在理论的严密性与解决实际问题的有效性之间取得平衡,确保读者不仅理解“如何求解”,更深刻理解“为何如此求解”。 第一部分:数学优化基础与经典模型 本部分构建了理解所有优化问题的必要数学基石。 第一章:优化问题的形式化与分类 详细介绍了优化问题的标准数学描述(目标函数、决策变量、约束条件)。重点区分了连续与离散优化、约束与无约束优化、线性与非线性优化等基本分类。引入了最优性的基本概念,如局部最优、全局最优、鞍点等,并讨论了问题的适定性(Well-posedness)。 第二章:线性规划 (Linear Programming, LP) 作为最成熟的优化分支,线性规划占据了重要地位。本章深入探讨了线性规划的几何解释(多面体、顶点枚举)和代数结构(标准形、松弛变量、人工变量)。核心内容包括单纯形法 (Simplex Method) 的完整推导、收敛性分析以及其在实际大规模问题中的应用限制。此外,本章还详细阐述了对偶理论 (Duality Theory),解释了影子价格的经济学意义及其在敏感性分析中的作用。 第三章:无约束优化方法 本章集中于当约束条件不存在或不显著时,如何寻找目标函数的极小值点。详细讨论了基于梯度的下降方法,包括一维搜索 (Line Search) 技术,如精确线搜索(如Armijo, Wolfe条件)和不精确线搜索。随后,重点分析了二阶方法,如牛顿法 (Newton's Method) 及其收敛性,并介绍了更具鲁棒性的拟牛顿方法(如DFP和BFGS算法),分析了它们如何在不计算精确Hessian矩阵的情况下,高效地模拟二阶信息。 第四章:凸优化理论 凸优化是现代优化理论的基石。本章界定了凸集与凸函数,并讨论了凸优化问题的特性——任何局部最优解即为全局最优解。深入分析了KKT条件 (Karush-Kuhn-Tucker Conditions) 作为凸优化问题一阶最优性条件的必要性和充分性。本章还覆盖了对偶性在凸优化中的强大作用,以及内点法(Interior Point Methods)的理论框架,尤其是在处理大规模线性与二次规划问题中的高效性。 第二部分:约束优化与算法设计 本部分将讨论如何系统地处理各种约束条件,并介绍求解实际工程问题的关键算法。 第五章:约束优化方法:序列二次规划与增广拉格朗日法 针对非线性约束优化问题,本章首先详细讲解了序列二次规划 (Sequential Quadratic Programming, SQP) 方法,探讨了如何通过求解一系列二次子问题来逼近原问题的解。随后,引入拉格朗日乘子法的理论,并重点介绍增广拉格朗日法 (Augmented Lagrangian Method, ALM),该方法通过引入惩罚项来处理等式和不等式约束,显著提高了方法的稳定性和收敛速度,特别是在处理硬约束时。 第六章:大规模优化与分布式求解 随着数据规模的爆炸式增长,传统算法在内存和计算时间上面临挑战。本章关注如何将优化问题分解以适应并行计算环境。讨论了交替方向乘子法 (Alternating Direction Method of Multipliers, ADMM) 的理论基础、收敛保证及其在机器学习(如分布式Lasso回归)和信号处理中的关键应用。同时,介绍了处理高维数据的随机梯度下降 (Stochastic Gradient Descent, SGD) 及其变体(如Adam、RMSprop)的收敛性分析,侧重于其在非凸目标函数下的行为。 第七章:非凸优化与全局搜索 非凸问题是实际应用中最常见的挑战。本章探讨了如何逃离局部最优。详细介绍了启发式算法,如模拟退火 (Simulated Annealing) 和遗传算法 (Genetic Algorithms) 的数学基础和参数调优策略。此外,还引入了基于优化的全局优化技术,如分枝定界法(Branch and Bound)在混合整数规划中的应用框架。 第三部分:现代优化专题与前沿方向 本部分探讨了在不确定性背景下和特定结构问题中的优化技术。 第八章:鲁棒优化 (Robust Optimization) 在模型参数存在不确定性时,传统优化方法可能导致解在实际运行中失效。鲁棒优化旨在找到在所有可能的不确定性集合内表现最好的解。本章详细讲解了不确定性集的建模(区间不确定性、多面体不确定性),以及如何将鲁棒优化问题转化为易于求解的确定性等价形式,例如通过半定规划(SDP)或线性化技术。 第九章:凸二次规划 (Quadratic Programming, QP) 与半定规划 (Semidefinite Programming, SDP) 二次规划是许多优化子问题的核心。本章系统地介绍了QP的求解算法,包括内点法在QP中的高效实现。随后,引入了半定规划 (SDP),解释了它如何通过引入矩阵变量来扩展凸优化的能力,使其能处理涉及矩阵不等式(如LMI)的问题,并讨论了SDP在控制理论和组合优化松弛中的关键地位。 第十章:离散优化基础与应用 本章转向处理包含整数或二元变量的优化问题。重点分析了混合整数线性规划 (MILP) 的复杂性,并深入研究了分支定界法 (Branch and Bound) 的具体实施细节,包括切割平面(Cutting Planes)的生成和节点选择策略。内容还涉及网络流问题(如最小费用流)的经典算法及其在物流和调度中的应用。 --- 适用读者对象 本书适合具有微积分、线性代数和基础实分析背景的研究生、博士生以及从事工程设计、经济建模、运筹学和数据科学的专业工程师和研究人员。它既可作为优化理论课程的教材,也可作为自学高级优化技术的参考手册。全书注重算法背后的数学逻辑,为读者未来在优化领域进行原创性研究打下坚实的基础。

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目录信息

读后感

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用户评价

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我之所以购买这本书,主要是为了解决一个供应链网络设计中的实际难题,这个问题的核心就在于决策变量的二元性质——建厂或不建厂。市面上很多教材会蜻蜓点水般地带过整数规划,但往往在进入更复杂的混合整数规划(MIP)或更尖锐的逻辑约束处理时就戛然而止了。这本书则完全不同,它似乎就是为处理这类“非此即彼”的困境而生的。作者对分支定界(Branch and Bound)和割平面(Cutting Plane)方法的阐述,简直就是一场教科书级别的演示。他们没有停留在泛泛而谈,而是详细分析了在离散约束下,如何构造出有效的松弛问题,以及如何通过引入有效的割平面来不断“收紧”可行域的边界。我尤其欣赏其中关于“大M法”的局限性讨论,这比我之前在其他资料中学到的更加深刻和批判性,让我意识到在处理大规模问题时,简单粗暴的建模方式会带来计算上的灾难。这本书更倾向于那些追求效率和精确性的研究人员,它要求读者不仅要会建模型,更要精通求解器的内在逻辑。

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这本书最令我感到惊喜的是,它并没有将重点仅仅放在那些已经被广泛研究的经典离散约束类型上,而是对一些前沿和交叉领域也进行了触及。我记得有一章专门讨论了如何将逻辑约束(如“如果A发生,则B必须发生”)通过等式或不等式组进行有效编码,这在人工智能规划和调度问题中至关重要。作者提供了一套非常系统的方法论,来处理那些传统的线性化技术难以捕捉的复杂逻辑关系。此外,书中对随机优化和鲁棒优化在存在离散不确定性时的结合探讨,也为我打开了新的思路。这本书的深度和广度表明,它不仅仅是一本专注于某个特定算法的专著,而是一个致力于构建一个关于“在复杂约束下如何进行理性决策”的完整理论框架。它更像是一部工具箱的说明书,教会你如何根据材料(约束条件)选择并优化使用工具(算法)。

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这本书的阅读体验,坦白说,并非那种可以轻松惬意地在咖啡馆里翻阅的读物。它更像是一次智力上的攀登,需要高度的专注力和扎实的数学基础。尤其是在涉及到拉格朗日松弛和对偶理论的部分,作者毫不留情地将读者带入了高维空间的分析之中。我花了将近一周的时间,才勉强吃透了关于如何利用对偶间隙来估计最优解的界限。但一旦理解了其中的精髓,那种豁然开朗的感觉是无与伦比的。它教会我如何从问题的“对立面”去寻找答案,这对于处理那些难以直接优化的目标函数非常关键。对于那些已经掌握了基础凸优化,并希望将研究领域拓展到更具挑战性的组合优化领域的学者来说,这本书无疑是一部重要的参考资料。它不是一本速成手册,而是一份需要时间去消化、去实践的深度指南。

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从排版和编著风格来看,这本书明显带有浓厚的欧洲学术体系的烙印,那种严谨到近乎苛刻的逻辑链条,不允许有任何跳跃性的思维过程。我发现,作者在介绍完一个定理后,通常会紧接着提供一个非常精炼的、针对离散情形的推论或反例,这使得理论学习过程始终与实际的约束条件保持着紧密的联系。例如,在讨论非凸二次规划(QCQP)在离散化后的处理时,书中巧妙地引入了几何分解的概念,而不是仅仅依赖于数值逼近。这种自上而下、层层递进的讲解方式,让复杂的问题结构变得相对清晰。我将这本书作为我博士研究中关于资源分配模型的基础支撑,它提供的那些关于约束传播和松弛优化的技巧,极大地提升了我模型的求解速度和稳定性。对于希望深入理解现代优化求解器底层机制的人而言,这本书的价值是无可替代的。

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这本书的封面设计着实吸引眼球,那种冷峻的、带有技术感的排版,立刻让人联想到严谨的学术探讨。我原本对“离散约束优化”这个领域知之甚少,只隐约觉得它是一个理论性极强,实践应用可能有些晦涩的课题。然而,翻开第一章,我发现作者的叙述方式并非那种故作高深的教科书腔调。他们似乎非常懂得如何引导初学者,从最基础的线性规划概念开始,逐步构建起对“非凸性”和“非线性”处理的必要性认识。特别是关于如何将原本无法处理的离散变量有效地嵌入到连续优化框架中的那一小节,讲解得极其透彻,配图虽然不多,但每一个图示都像是精准定位的坐标点,帮助读者在脑海中构建起多面体结构的直观理解。这本书的价值不仅在于提供了算法,更在于它深入剖析了为什么某些方法有效,而另一些方法在面对实际工程问题时会遭遇瓶颈。读完前几章,我对优化理论的理解深度无疑上升了一个台阶,感觉自己掌握了一套全新的工具箱,可以去审视那些看似无从下手的问题了。

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