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出版者:Springer Verlag

作者:Shortliffe, Edward H. (EDT)/ Cimino, James J. (EDT)

出品人:

頁數:1064

译者:

出版時間:2006-5

價格:$ 111.87

裝幀:HRD

isbn號碼:9780387289861

叢書系列:

圖書標籤:

醫療
IT
科技
生物
教科書
生物醫學信息學
醫學信息學
健康信息學
生物信息學
數據科學
人工智能
機器學習
醫療大數據
臨床決策支持
知識發現

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具體描述

This book focuses on the role of computers in the provision of medical services. It provides both a conceptual framework and a practical approach for the implementation and management of IT used to improve the delivery of health care. Inspired by a Stanford University training program, it fills the need for a high quality text in computers and medicine. It meets the growing demand by practitioners, researchers, and students for a comprehensive introduction to key topics in the field. Completely revised and expanded, this work includes several new chapters filled with brand new material.

好的，這是一份關於一本名為《生物醫學信息學》（Biomedical Informatics）的圖書的詳細簡介，但內容將完全不涉及生物醫學信息學領域，而是專注於另一個截然不同的主題——深度學習在復雜係統建模與控製中的應用。 --- 圖書名稱：《復雜係統動力學：基於深度強化學習的自適應控製與預測》內容提要本書深入探討瞭在高度非綫性和時變環境下，利用前沿的深度學習技術，特彆是深度強化學習（DRL）範式，對復雜物理、工程及社會經濟係統進行精準建模、實時預測及魯棒控製的理論基礎、算法設計與工程實踐。我們避開瞭傳統基於白箱模型的解析方法，轉而聚焦於黑箱係統的高效錶徵學習與最優策略推導。本書旨在為研究人員、高級工程師以及對前沿控製理論感興趣的學者提供一個全麵而深入的指南，指導他們如何利用強大的函數逼近能力和決策優化框架來解決傳統控製理論難以有效處理的“維度災難”與“模型不確定性”問題。 --- 第一部分：復雜係統基礎與深度學習範式轉換第一章：復雜係統的本質與挑戰本章首先界定瞭復雜係統的核心特徵，包括湧現性、非綫性、多尺度交互以及內在的魯棒性與脆弱性。詳細分析瞭在麵對高度耦閤的機械臂係統、電網的微電網穩定性、大規模交通流量管理乃至氣候模型等場景時，傳統PID、LQR或模型預測控製（MPC）所麵臨的局限性，尤其是在模型參數未知或環境動態頻繁變化時的失效點。強調瞭從精確建模到有效學習的範式轉變的必要性。第二章：深度學習基礎迴顧與係統錶示學習本章為後續的強化學習奠定基礎，重點迴顧瞭當前在序列數據處理中錶現卓越的深度神經網絡結構。詳細闡述瞭捲積神經網絡（CNN）在提取時空特徵、循環神經網絡（RNN，特彆是LSTM和GRU）在處理時間序列依賴性方麵的應用機製。更重要的是，引入瞭自編碼器（AE）和變分自編碼器（VAE）在復雜係統狀態空間的降維與潛在空間錶徵學習中的作用，展示如何從高維觀測數據中提取齣低維、具有物理意義或控製相關性的有效狀態變量。第三章：從監督學習到無監督與自監督錶徵本章深入探討如何利用係統運行的曆史數據，在不依賴外部控製信號的情況下，構建對係統動態的內在理解。詳細介紹自監督學習（SSL）方法，例如通過預測未來時間步的狀態、掩碼建模（Masked Modeling）或對比學習（Contrastive Learning）來預訓練編碼器，確保學習到的潛在空間（Latent Space）能夠捕捉係統演化的關鍵動力學結構，為後續的強化學習智能體提供高質量的“世界模型”雛形。 --- 第二部分：深度強化學習的理論核心與算法構建第四章：馬爾可夫決策過程（MDP）與DRL框架本章將經典控製理論中的最優控製問題重新錶述為馬爾可夫決策過程（MDP）。詳細剖析瞭狀態（State）、動作（Action）、奬勵函數（Reward Function）的設計原則，強調奬勵函數在復雜係統中引導學習方嚮的決定性作用。闡述瞭價值函數與策略函數的概念，並引入瞭Bellman方程的深度網絡近似形式。第五章：基於價值函數的深度學習方法（DQN及其變體）重點介紹深度Q網絡（DQN）的核心架構及其在離散動作空間控製中的應用。本書著重分析瞭DQN在處理連續狀態空間時的挑戰，並詳細介紹瞭關鍵的穩定性改進技術，如經驗迴放緩衝區（Experience Replay）、目標網絡（Target Networks）的同步策略，以及雙DQN（Double DQN）和優先經驗迴放（Prioritized Experience Replay, PER）如何顯著提升樣本效率和收斂穩定性。第六章：策略梯度方法的理論與實踐（A2C/A3C/PPO）本章轉嚮處理具有連續動作空間的物理係統（如機器人運動控製、流體調節）。全麵分析瞭策略梯度（Policy Gradient）方法的原理，包括REINFORCE算法的高方差問題。隨後，重點介紹瞭優勢演員-評論傢（A2C）和異步優勢演員-評論傢（A3C）架構，以及當前工業界應用最為廣泛的近端策略優化（PPO）算法，詳細拆解瞭PPO的裁剪目標函數（Clipped Objective Function）如何實現在策略更新步長上的保守性控製，保證瞭學習過程的穩定性。第七章：基於模型的強化學習（Model-Based DRL）這是本書麵嚮復雜係統建模的核心部分。詳細介紹瞭如何結閤係統動力學模型（無論是物理推導模型還是深度學習學習的模型）來提高DRL的效率和可解釋性。重點講解瞭如Model Predictive Control with Deep Reinforcement Learning (MPC-DRL) 混閤架構，以及 Model-Based Policy Optimization (MBPO) 等算法，展示如何利用預測模型進行前瞻性規劃（Lookahead Planning）和數據擴充（Data Augmentation），以大幅減少實際物理交互的需求。 --- 第三部分：高階挑戰與工程化部署第八章：多智能體係統（MARL）的分布式與集中式控製針對電網調度、多機器人協同、交通信號優化等涉及多個相互作用實體的復雜係統，本章探討瞭多智能體強化學習（MARL）的挑戰，包括非平穩環境問題。詳細介紹瞭集中式訓練/分布式執行（CTDE）範式，並深入分析瞭如QMIX和VDN等算法如何有效地處理值函數的分解與聚閤，實現分布式控製下的全局最優策略。第九章：探索-利用的智能策略與稀疏奬勵處理在許多工程係統中，有效狀態的探索成本極高，奬勵信號往往是稀疏的。本章探討瞭如何設計更智能的探索機製，包括基於不確定性的探索（如Bootstrapped DQN）、好奇心驅動的內在奬勵（Intrinsic Curiosity Module, ICM）以及基於信息增益的探索策略。同時，介紹模仿學習（Imitation Learning, IL）和演示學習（Demonstration Learning）如何為DRL智能體提供初始的“專傢知識”，加速在稀疏奬勵環境中的收斂。第十章：仿真到現實（Sim-to-Real）的遷移與魯棒性驗證本書的最後部分聚焦於將訓練好的深度控製策略安全、可靠地部署到實際物理設備上。深入分析瞭仿真環境與真實世界之間的係統差距（System Gap）及其對控製策略魯棒性的影響。詳細介紹瞭領域隨機化（Domain Randomization）、對抗性訓練（Adversarial Training）在增強控製策略對模型誤差和外部擾動的魯棒性方麵的應用，以及如何利用在綫自適應方法對部署後的策略進行微調和持續優化。 --- 目標讀者本書適閤具備紮實的綫性代數、微積分基礎，並對概率論和經典控製理論有基本瞭解的讀者。特彆推薦給從事自動化、機器人學、航空航天、能源係統、金融工程中高動態復雜係統建模與控製的研究生、博士後、研發工程師以及尋求跨學科技能的資深從業人員。掌握本書內容，讀者將能夠獨立設計並實現一套基於深度強化學習的復雜係統自適應控製解決方案。