The Mathematics of Nonlinear Programming

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出版者:Springer
作者:Anthony L. Peressini
出品人:
页数:283
译者:
出版时间:1988-03-02
价格:USD 79.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9780387966144
丛书系列:
图书标签:
  • Optimization
  • Math
  • AutomaticControl
  • Algorithm
  • 数学
  • 非线性规划
  • 优化理论
  • 应用数学
  • 微分方程
  • 数值分析
  • 运筹学
  • 凸分析
  • 最优化算法
  • 工程数学
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具体描述

Nonlinear programming provides an excellent opportunity to explore an interesting variety of pure and solidly applicable mathematics, numerical analysis, and computing. This text develops some of the ideas and techniques involved in the optimization methods using calculus, leading to the study of convexity. This is followed by material on basic numerical methods, least squares, the Karush-Kuhn-Tucker theorem, penalty functions, and Lagrange multipliers. The authors have aimed their presentation at the student who has a working knowledge of matrix algebra and advanced calculus, but has had no previous exposure to optimization.

《非线性规划的数学基础》 本书是一本深入探讨非线性规划(Nonlinear Programming)理论与方法的专著。非线性规划作为一种重要的数学优化分支,其核心在于研究当目标函数或约束条件中包含非线性项时,如何寻找最优解。这类问题在工程、经济、金融、管理科学等诸多领域都有着广泛的应用。 本书的内容结构严谨,逻辑清晰,旨在为读者提供一个全面而深入的理解框架。我们将从非线性规划的基本概念入手,详细阐述其数学建模的原则与技巧。在此基础上,会系统地介绍求解非线性规划问题的经典算法和现代方法。 核心内容涵盖: 非线性规划的定义与分类: 介绍凸规划、非凸规划、约束非线性规划、无约束非线性规划等基本概念。我们将探讨这些分类对问题求解难度的影响,以及它们在实际应用中的代表性例子。 最优性条件: 这是理解非线性规划问题的关键。本书将详细讲解一阶最优性条件(如KKT条件)和二阶最优性条件。我们会深入分析这些条件是如何从数学上刻画一个点是否为最优解的,并探讨其在算法设计中的作用。特别是KKT条件,我们将详细推导其在不同类型约束下的形式,并展示其在可行性分析和对偶理论中的应用。 无约束非线性优化: 梯度下降法: 介绍最基本但极其重要的梯度下降算法,包括其收敛性分析和步长选择策略(如线搜索法、回溯线搜索)。 牛顿法及其变种: 探讨牛顿法利用二阶导数信息加速收敛的原理,以及其对Hessian矩阵可逆性的依赖。随后介绍拟牛顿法(如BFGS、DFP)如何通过近似Hessian矩阵来克服牛顿法的计算障碍。 共轭梯度法: 介绍该方法如何利用梯度信息构建共轭方向,从而在二次函数上实现快速收敛,并探讨其在大型问题中的优势。 约束非线性优化: 可行性方向法: 介绍如何寻找能够同时满足约束条件的下降方向。 序列二次规划(SQP)方法: 详细阐述SQP如何通过求解一系列二次规划子问题来逼近原非线性规划问题的解,这是目前求解约束非线性规划问题最有效的算法之一。我们将分析其子问题的构建、Hessian矩阵的近似以及全局收敛性保证。 内点法: 介绍内点法如何通过引入障碍函数或对偶变量,将约束问题转化为一系列无约束或简单约束问题,并保持迭代点严格位于可行域内部。我们将讨论其在大规模稀疏问题中的高效性。 增广拉格朗日方法(罚函数法): 探讨如何通过添加罚项来将约束问题转化为无约束或更易处理的问题,并分析罚因子对收敛性的影响。 凸优化基础: 尽管本书关注的是更一般的非线性规划,但理解凸优化是必不可少的。我们将介绍凸集、凸函数、凸规划的性质,并阐述凸优化问题的关键优势(如局部最优解即全局最优解)以及专门的求解技术(如次梯度法)。 对偶理论: 深入介绍拉格朗日对偶、共轭函数以及弱对偶性和强对偶性。我们将展示对偶理论如何提供最优值的下界,并用于构造新的算法和分析原问题的性质。 数值稳定性与计算考虑: 在算法介绍中,我们将时刻关注算法的数值稳定性、计算复杂度以及在实际应用中可能遇到的计算难题,并提供相应的处理建议。 本书的写作风格力求严谨但不失可读性,理论推导清晰,并配以恰当的例子说明。我们假定读者具备一定的微积分、线性代数和优化方法基础。无论是希望系统学习非线性规划理论的研究者,还是需要运用非线性优化技术解决实际问题的工程师和科学家,都能从中获得宝贵的知识和工具。 通过学习本书,读者将能够: 准确地将实际问题转化为非线性规划模型。 理解各种优化算法背后的数学原理。 选择并实施适合特定问题的优化算法。 分析和评估算法的性能和收敛性。 《非线性规划的数学基础》将是您在探索复杂优化世界中的得力助手。

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目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的标题《非线性规划的数学》本身就预示着一场深入的数学探索之旅,这正是我一直以来所追寻的。我希望这本书能够系统地介绍非线性规划的数学理论基础,从微积分、线性代数等基础学科出发,逐步构建起完整的理论体系。我尤其关注书中对凸集和凸函数的定义、性质以及它们在优化问题中的重要性,例如如何利用凸性来保证局部最优解就是全局最优解。我渴望深入理解拉格朗日乘数法和KKT条件,它们在处理约束优化问题中的核心地位,以及如何利用它们来分析最优性。此外,对于各种求解非线性规划的算法,我希望书中能够详细阐述它们的数学原理、收敛性分析和计算复杂度。例如,梯度下降、牛顿法、共轭梯度法、拟牛顿法等无约束优化算法,以及序列二次规划(SQP)、内点法等约束优化算法,我对它们的算法推导、收敛性证明以及它们在实际应用中的优劣势都充满了好奇。我希望通过这本书,能够掌握如何将实际问题转化为数学模型,并选择和应用合适的算法来求解。如果书中还能包含一些关于算法的数值实现、稳定性分析以及如何处理大规模和非平滑问题的内容,那么这本书对我来说将是无价的,它能够极大地提升我解决复杂数学建模问题的能力,并为我在研究领域取得更深入的理解和突破奠定坚实的基础。

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一直以来,我都对数学如何在实际应用中发挥关键作用深感着迷,尤其是优化理论在解决复杂工程和经济问题中的强大能力。《非线性规划的数学》这个书名,直接点燃了我对这一主题的探索热情。我期望这本书能够从最基础的微积分和线性代数出发,构建起一个严谨而系统的非线性规划理论框架。我非常想深入了解目标函数和约束条件的数学性质,例如连续性、可微性、凸性等,以及这些性质如何影响求解算法的选择和理论分析。特别是对凸优化的深入阐述,包括凸集的性质、凸函数的判断以及凸优化问题为何具有“局部最优解即全局最优解”的特性,这将是我关注的重点。我希望书中能够详细介绍各种经典的非线性优化算法,如梯度下降系列、牛顿法及其变种、共轭梯度法、拟牛顿法,以及用于约束优化问题的拉格朗日乘数法、KKT条件、序列二次规划(SQP)、内点法等。我对这些算法的数学推导过程、收敛性证明、计算复杂度分析以及它们在实际应用中的优缺点都充满了好奇。如果书中还能提供一些关于算法的数值稳定性、鲁棒性以及如何在实践中进行调参和优化的指导,那么这本书将对我非常有价值。它将不仅是知识的传授,更是能力的培养,使我能够从数学的视角深入理解和解决各类非线性规划问题,从而在我的学术研究和实际工程项目中取得更大的突破。

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作为一名热衷于算法理论研究的学生,我对《非线性规划的数学》这本书寄予了厚望,希望它能提供一个全面而深入的视角来理解非线性规划这一重要领域。我尤其关注书中如何从数学上刻画和分析非线性规划问题的结构,以及这些结构如何决定了问题的求解难度和可行的算法。我希望书中能够详尽地介绍各种非线性优化方法,并重点分析其数学原理和算法复杂度。例如,对于那些需要迭代逼近最优解的方法,我希望能深入了解它们是如何利用目标函数的梯度信息(如梯度下降、共轭梯度法)或海森矩阵信息(如牛顿法、拟牛顿法)来更新搜索方向和步长,以及如何保证算法的收敛性。我还对惩罚函数法和乘子法等处理约束问题的方法很感兴趣,希望书中能详细解释它们的工作原理,以及如何在实践中有效地运用它们。更进一步,我希望书中能探讨一些更具挑战性的问题,比如非平滑优化、全局优化以及大规模优化问题,并介绍相应的数学理论和算法。如果书中还能包含一些关于数值分析和计算几何在非线性规划中的应用,例如如何处理精度问题、如何进行算法的数值实现,那么这本书将对我来说具有极高的价值,能让我从更深的层次上理解和掌握非线性规划的数学精髓,为我在科学研究和工程应用中解决复杂问题提供坚实的理论基础和技术支持。

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这本书的开篇就以一种直观而又不失严谨的方式,为我展示了非线性规划的魅力所在。它不仅仅是理论知识的堆砌,更是连接数学抽象与实际应用的重要桥梁。我希望书中能够深入浅出地讲解如何将实际问题转化为数学模型,例如如何准确地定义目标函数和约束条件,以及在模型建立过程中可能遇到的挑战和常见的建模技巧。我特别关注书中对于不同类型非线性规划问题的分类,比如无约束优化、等式约束优化、不等式约束优化,以及混合约束优化等,并希望书中能详细介绍针对这些不同问题类型所设计的经典算法。例如,对于无约束优化,是否会详细介绍梯度下降法、共轭梯度法、拟牛顿法(如BFGS、DFP)等算法的原理、收敛性和实际应用中的优缺点;对于约束优化,是否会深入讲解拉格朗日乘数法、序列二次规划(SQP)等方法的数学推导和实现细节。我还非常期待书中能够探讨一些实际应用中的常见问题,例如变量的离散化、目标函数的平滑处理、以及如何处理大规模的非线性规划问题,这些都是我在实际项目开发中经常遇到的瓶颈。这本书如果能提供丰富的案例研究,例如在工程设计、金融建模、机器学习等领域的应用实例,那将对我极具启发性,能够帮助我更好地理解这些抽象的数学理论是如何落地生根,并在实践中发挥出巨大的价值,让我的学习过程更加充实和有意义,也为我未来在这些领域的研究打下坚实的基础。

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《非线性规划的数学》这本书,从书名本身就透露出其深度和广度,这正是我一直在寻找的。我渴望理解非线性规划背后的数学逻辑,特别是那些能够确保我们找到最优解的理论基础。我希望书中能详细阐述数学规划中的一些核心概念,例如最优性条件(一阶和二阶)、敏感性分析(对偶变量的意义)、以及凸集和凸函数在规划问题中的关键作用。我非常期待书中能够详细介绍著名的KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件,并解释它们是如何从拉格朗日乘数法扩展而来,以及在不等式约束问题中,KKT条件是如何扮演“最优性判据”的关键角色的。理解KKT条件的推导过程,以及如何利用它们来分析和求解约束优化问题,对我来说是至关重要的。此外,我希望书中能够对各种非线性规划求解算法进行深入的剖析,不仅仅是介绍算法的步骤,更重要的是对其收敛性、稳定性和鲁棒性进行严格的数学证明。比如,对于内点法,我希望能理解它如何通过引入“障碍函数”来处理边界约束,以及它为什么能够实现多项式时间复杂度;对于序列二次规划(SQP),我希望能理解它如何通过求解一系列二次规划子问题来逼近非线性规划问题的解。如果书中还能包含一些关于算法选择的指导原则,或者在不同场景下如何权衡不同算法的优缺点,那将是锦上添花了,能够帮助我在面对实际问题时,做出更明智的算法选择,从而更有效地解决问题。

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《非线性规划的数学》这本书,以其直观而又充满挑战性的书名,吸引了我对优化理论最核心部分的探索。我渴望理解隐藏在非线性规划背后的数学逻辑,尤其是那些能够指导我们找到最优解的理论基石。我希望书中能够从最基本的要求出发,逐步引入诸如目标函数、约束函数、可行域等关键概念,并对它们的数学性质进行详尽的分析,例如连续性、可微性、凸性等,以及这些性质如何影响问题的求解难度和可行的算法。我特别期待书中能对KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件进行深入的讲解,理解其推导过程、几何意义以及它在判断最优解时的关键作用,这对于我分析约束优化问题至关重要。此外,我希望能详细了解各种非线性规划求解算法的数学原理,包括它们是如何利用导数信息(梯度、海森矩阵)来搜索最优解的,以及它们的收敛性、稳定性和计算复杂度是如何被数学证明的。例如,梯度下降法、牛顿法、共轭梯度法、拟牛顿法等无约束优化方法,以及拉格朗日乘数法、惩罚函数法、序列二次规划(SQP)、内点法等约束优化方法,它们的理论基础和实践应用都是我非常感兴趣的。如果书中还能提供一些关于数值稳定性、鲁棒性以及如何处理大规模问题的洞察,那么这本书无疑将成为我深入理解和掌握非线性规划数学精髓的宝贵财富,为我解决实际问题提供强有力的理论支撑。

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这本书的标题《非线性规划的数学》着实勾起了我对优化理论核心的渴望。我一直对如何用数学的严谨来解决现实世界中那些并非线性关系的复杂问题抱有浓厚的兴趣。从最初接触线性规划时,我就对它在资源分配、生产调度等领域的强大应用印象深刻,但我也意识到,许多更贴近现实的场景,比如产品定价、投资组合优化,甚至是气候模型中的参数调整,都无法简单地用线性方程组来描述。因此,我对这本书寄予厚望,希望它能深入剖析非线性规划的底层数学原理,例如凸集、凸函数、梯度下降、牛顿法等基础概念,并进一步探讨更高级的主题,如拉格朗日乘数法、KKT条件,以及这些条件在证明最优性时的作用。我特别期待书中能够详细介绍各种非线性优化算法的推导过程,包括它们的收敛性分析、稳定性和计算复杂度。想象一下,能够理解并掌握如何构建一个有效的算法来求解诸如二次规划、半定规划,甚至是更复杂的约束非线性优化问题,这对于我深入理解机器学习中的许多模型(如支持向量机、深度学习的训练过程)乃至在工程、金融等领域进行实际应用都将是至关重要的。我希望这本书不仅仅是算法的罗列,更能让我体会到数学之美,以及如何将抽象的数学概念转化为解决实际问题的强大工具,为我打开一扇通往更广阔的优化世界的大门,让我能够自信地应对那些充满挑战的数学建模问题。

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这本书的标题《非线性规划的数学》恰如其分地描绘了我对这一学科的渴望。我一直对如何用数学的严谨来解决现实世界中那些并非线性关系的复杂问题抱有浓厚的兴趣。从最初接触线性规划时,我就对它在资源分配、生产调度等领域的强大应用印象深刻,但我也意识到,许多更贴近现实的场景,比如产品定价、投资组合优化,甚至是气候模型中的参数调整,都无法简单地用线性方程组来描述。因此,我对这本书寄予厚望,希望它能深入剖析非线性规划的底层数学原理,例如凸集、凸函数、梯度下降、牛顿法等基础概念,并进一步探讨更高级的主题,如拉格朗日乘数法、KKT条件,以及这些条件在证明最优性时的作用。我特别期待书中能够详细介绍各种非线性优化算法的推导过程,包括它们的收敛性分析、稳定性和计算复杂度。想象一下,能够理解并掌握如何构建一个有效的算法来求解诸如二次规划、半定规划,甚至是更复杂的约束非线性优化问题,这对于我深入理解机器学习中的许多模型(如支持向量机、深度学习的训练过程)乃至在工程、金融等领域进行实际应用都将是至关重要的。我希望这本书不仅仅是算法的罗列,更能让我体会到数学之美,以及如何将抽象的数学概念转化为解决实际问题的强大工具,为我打开一扇通往更广阔的优化世界的大门,让我能够自信地应对那些充满挑战的数学建模问题。

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《非线性规划的数学》这个书名,精准地概括了我对优化理论最核心部分的求知欲。我一直坚信,理解算法的背后逻辑远比单纯掌握其使用方法更为重要,而这本书正是满足我这一需求的关键。我希望书中能够从最基础的数学概念入手,构建起一个严谨而系统的非线性规划理论框架。我特别想深入了解目标函数和约束函数的数学性质,如连续性、可微性、凸性等,以及这些性质如何直接影响算法的选择和理论分析。特别是关于凸优化部分,我对凸集和凸函数的性质,以及为何凸优化问题具有“局部最优解即全局最优解”的独特优势,充满了浓厚的兴趣。我期待书中能详细介绍各种经典的非线性优化算法,包括它们的数学推导、收敛性证明和计算复杂度分析。从梯度下降、共轭梯度法、牛顿法到拟牛顿法等无约束优化技术,再到拉格朗日乘数法、KKT条件、序列二次规划(SQP)、内点法等约束优化方法,这些都是我渴望深入理解的。如果书中还能提供一些关于算法的数值稳定性、鲁棒性以及在不同应用场景下如何进行算法选择和调优的指导,那这本书将对我极具价值,能够帮助我从数学的深度理解和掌握非线性规划的精髓,从而在我的学术研究和工程实践中应对更复杂的挑战,并取得突破性的进展。

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翻开《非线性规划的数学》,首先吸引我的便是其严谨的数学表述和清晰的逻辑结构。作为一名对算法理论有着深度追求的学习者,我一直认为理解算法背后的数学原理比仅仅掌握其使用方法更为重要。这本书正是满足了我的这一需求。我迫切地想了解书中如何从基础的微积分和线性代数出发,逐步构建起非线性规划的理论框架。书中对目标函数和约束函数的性质,如连续性、可微性、凸性等,是如何进行分类和分析的,以及这些性质对算法选择和性能的影响,都是我非常关注的内容。我尤其期待书中对凸优化问题的深入探讨,包括其独特的性质,例如局部最优解即是全局最优解,以及专门针对凸优化问题设计的算法,如内点法、投影梯度法等,它们的数学推导和收敛性保证。此外,对于非凸优化问题,书中将如何解释其固有的困难性,以及是否存在一些有效的启发式算法或全局优化技术,例如模拟退火、遗传算法等,这些内容对我拓展问题解决的思路至关重要。我希望能通过这本书,不仅能够掌握解决各类非线性规划问题的数学工具,更能培养出一种基于数学原理进行问题分析和算法设计的思维能力,让我能够面对任何复杂的优化难题时,都能游刃有余地找到最佳的解决方案,真正将数学知识转化为解决现实世界复杂问题的强大驱动力,让我的研究和实践都能够更上一层楼。

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