Optimization and Dynamical Systems

Optimization and Dynamical Systems pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer
作者:Uwe Helmke
出品人:
页数:403 pages
译者:
出版时间:May 25, 1996
价格:$ 145.77
装帧:Hardcover
isbn号码:9783540198574
丛书系列:
图书标签:
  • 优化
  • 动力系统
  • 控制理论
  • 非线性分析
  • 数值方法
  • 数学建模
  • 应用数学
  • 工程优化
  • 微分方程
  • 稳定性分析
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具体描述

This study addresses both classical and previously unsolved optimization tasks in linear algebra, linear systems theory, control theory and signal processing. Exploiting developments in Computation such as Parallel Computing and Neural Networks, it gives a dynamical systems approach for tackling a wide class of constrained optimization tasks. Optimization and Dynamical Systems will be of interest to engineers and mathematicians. Engineers will learn the mathematics and the technical approach necessary to solve a wide class of constrained optimization tasks. Mathematicians will see how techniques from global analysis and differential geometry can be developed to achieve useful construction procedures for optimization on manifolds.

《优化与动力学系统》 探索复杂系统内在规律的深度之旅 《优化与动力学系统》是一部深入剖析复杂系统内在运作机制的学术专著。本书并非简单罗列枯燥的公式和定理,而是致力于揭示隐藏在各类系统背后统一的数学语言和思维方式,通过优化理论的强大工具,透视动力学系统的演化轨迹。本书的读者对象广泛,包括但不限于数学、物理、工程、经济、生物以及计算机科学等领域的科研人员、研究生以及对系统科学有浓厚兴趣的专业人士。 本书核心内容概览: 本书的章节设计旨在循序渐进地引导读者从基础概念走向前沿应用。 第一部分:优化理论基石 优化问题的基本框架: 详细阐述了优化问题的定义,包括目标函数、决策变量、约束条件等关键要素。从线性规划到非线性规划,本书系统梳理了不同类型优化问题的数学模型构建方法。 连续优化方法: 深入探讨了梯度下降法、牛顿法、共轭梯度法等经典的无约束和约束优化算法。针对实际应用中的局部最优和全局最优问题,本书提供了多种有效的搜索策略和收敛性分析。 离散优化方法: 涵盖了整数规划、组合优化等离散场景下的优化技术,例如分支定界法、割平面法以及启发式算法(如遗传算法、模拟退火)的应用。 凸优化理论: 重点介绍了凸集、凸函数及其性质,以及由此衍生的凸优化问题。本书强调了凸优化在理论分析和算法设计中的核心地位,以及其在机器学习、信号处理等领域的广泛应用。 第二部分:动力学系统分析 常微分方程与动力学系统: 系统回顾了常微分方程的基本理论,包括解的存在性、唯一性、连续依赖性等。重点在于将常微分方程作为描述连续时间动力学系统的基本语言。 相空间分析与稳定性理论: 引入了相空间的概念,并深入探讨了系统的平衡点、极限环等关键结构。本书详细阐述了线性系统和非线性系统的稳定性判断方法,如李雅普诺夫稳定性理论。 周期性与混沌现象: 聚焦于动力学系统中周期性振荡和混沌行为的产生机制。通过引入分岔理论和混沌不敏感性等概念,揭示了系统从有序到无序的演化路径。 离散动力学系统: 探讨了以映射形式表示的离散时间动力学系统,如Logistic映射等,并分析了其迭代演化规律及其可能出现的复杂现象。 第三部分:优化与动力学系统的交织 最优控制理论: 将优化理论的工具应用于动力学系统的控制问题。本书详细介绍了Pontryagin最大值原理、动态规划等最优控制方法,以及如何设计最优控制策略以实现期望的系统行为。 参数估计与模型辨识: 阐述了如何利用观测数据来估计动力学系统的参数,以及如何通过模型辨识来构建准确的系统模型。这部分内容与优化算法紧密结合,常利用最小二乘法等优化技术。 系统分析中的优化应用: 探讨了在动力学系统分析过程中,如何利用优化方法解决诸如系统参数调优、性能指标优化、鲁棒性设计等实际问题。 复杂网络上的动力学与优化: 随着复杂网络科学的兴起,本书也对网络结构对动力学过程的影响进行了初步探讨,并引入了在网络上进行优化决策的挑战与方法。 本书特色与价值: 理论与实践并重: 本书不仅在理论上严谨求实,更注重将抽象的数学概念与实际应用相结合,通过丰富的案例分析,帮助读者理解理论的实际意义。 跨学科的视角: 融汇了数学、工程、物理等多个领域的知识,为读者提供一个看待复杂系统问题的独特且全面的视角。 前沿问题的触及: 在系统地阐述基础理论的同时,本书也对当前研究的热点问题进行了介绍,为读者深入研究提供了方向。 严谨的数学表述: 所有概念和推导都基于严格的数学逻辑,确保了学术的严谨性。 《优化与动力学系统》不仅是一本知识的宝库,更是一把开启理解复杂世界奥秘的钥匙。通过本书的学习,读者将能够更深刻地理解自然界和社会现象背后隐藏的规律,并掌握解决各类复杂问题的强大工具。无论是追求学术上的精进,还是致力于解决实际工程难题,本书都将是您不可或缺的参考文献。

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读后感

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用户评价

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这本关于“优化与动力系统”的著作,无疑是献给那些深谙数学之美,并渴望将其应用于现实世界复杂决策和演化过程的学者的珍贵礼物。阅读它,就像是走进一座精心设计的迷宫,每条路径都由严谨的定理和精妙的推导构筑而成。作者的叙述风格犹如一位经验老到的领航员,在广袤的理论海洋中为我们指明方向。书中对非线性系统的稳定性分析部分,尤其令人印象深刻。那种从基础的拉格朗日方程出发,逐步过渡到李雅普诺夫稳定性判据,再到更深层次的混沌现象的探讨,逻辑链条一气呵成,毫无滞涩。我尤其欣赏作者在处理奇异点附近的局部行为时,所展现出的那种对数学细节的执着。书中大量的图解,并非简单的示意图,而是对高维相空间的直观揭示,帮助读者真正“看”到系统的运动轨迹。对于研究生阶段的学生而言,这本书不仅是教科书,更是一本进阶的工具箱,提供了从变分法到随机控制等一系列现代分析工具的扎实基础。它要求读者投入时间去消化每一个证明,但最终的回报是清晰而深刻的洞察力。

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这本书的编排结构体现了作者对学科脉络的深刻理解。它不像一些堆砌知识点的参考书,而是有意识地引导读者从静态的优化问题,一步步过渡到依赖时间演化的动力系统。这种循序渐进的叙事节奏,使得复杂概念的关联性变得异常清晰。例如,书中在讨论哈密顿-雅可比-贝尔曼(HJB)方程时,并没有将其视为一个孤立的偏微分方程,而是将其置于动态规划的哲学框架下进行阐释,清晰地展示了“未来价值”如何指导“当前决策”。我个人认为,书中关于“鲁棒性设计”章节的价值尤为突出。面对实际工程中不可避免的扰动和不确定性,作者提供的那些基于Lyapunov函数的稳定性保证,远比一些启发式的经验法则来得可靠。它教会我们如何构建在最坏情况下依然能保持性能的系统。这本书的排版简洁大气,公式的格式清晰易读,这对于需要频繁查阅和演算的读者来说,是一个巨大的加分项。

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坦白说,这本书的深度远超我的预期,它更像是一部“方法论圣经”,而非简单的知识罗列。它探讨的那些前沿课题,比如基于微分几何的控制理论应用,对于很多传统工科背景的读者来说,可能需要结合其他拓扑学或微分几何的辅助读物才能完全领会。但即便如此,书中提供的那些“桥梁”性的章节,例如如何将离散时间系统映射到连续时间框架下的分析技巧,也是极其宝贵的。我印象深刻的是作者对于“最优性原理”在不同时间尺度下的泛化讨论,这显示了作者极高的理论视野。他不仅在“如何解”上下功夫,更在“为什么这样解最合理”上进行了深刻的哲学思辨。阅读过程中,我感觉自己不仅仅是在学习一套解题技巧,更是在重塑自己对“最优”和“演化”这两个概念的根本理解。对于寻求突破性的研究思路的学者,这本书无疑能提供新的视角和工具。

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这本专著在处理理论与应用间的平衡上做得相当到位。它没有陷入纯粹的形式主义泥潭,而是始终将动力学系统的解析工具锚定在解决实际问题的可能性上。书中对“摄动分析”在求解非线性微分方程近似解方面的应用阐述得尤为精炼。作者没有浪费笔墨在那些已经被泛泛而谈的理论上,而是聚焦于如何利用这些工具来处理那些棘手的、解析解不存在的真实系统。书中对于“反馈控制”的章节,尤其是关于状态依赖型反馈的构建过程,展示了一种非常实用的、自底向上的设计思维。它不像某些教材那样把最优反馈看作一个黑箱,而是展示了如何通过迭代和逼近来逼近那个理想的、但往往不可及的最优控制器。这本书的阅读体验是沉浸式的,它要求你全身心投入到数学的逻辑世界中去,但一旦你掌握了它的思维模式,你会发现,原本看似无解的复杂系统,开始展现出可以被驾驭的内在规律。

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初次翻开这本书,我的第一感受是它那近乎偏执的严谨性。它没有试图用过于简化的语言来迎合初学者,而是直接将读者置于前沿研究的语境之中。那种毫不妥协的数学表达,对于长期从事理论物理或应用数学研究的人来说,无疑是一种享受。书中对“最优控制”部分的论述,简直可以视为教科书级别的范本。庞特里亚金的最大值原理的推导过程被拆解得极为细致,每一步的数学操作都有其深刻的物理或工程学意义的对应。我特别留意了书中关于“折扣因子”在无穷时间优化问题中的处理方式,作者巧妙地将极限分析与不动点定理结合起来,构建了一个优雅的解的存在性证明。对于希望将这些理论应用于金融建模或机器人路径规划的工程师来说,这本书提供了不可或缺的数学骨架。唯一的“缺点”或许在于,那些对纯数学概念感到畏惧的读者,可能会在开篇的泛函分析回顾中稍显吃力,但一旦跨过这道门槛,接下来的旅程将是豁然开朗。

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