演化计算

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出版者:清华大学出版社
作者:潘正君
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:1900-01-01
价格:20.00元
装帧:
isbn号码:9787302028970
丛书系列:
图书标签:
  • 计算机科学
  • 计算机
  • 算法
  • 智能
  • Algorithm
  • 演化计算
  • 优化算法
  • 人工智能
  • 计算智能
  • 遗传算法
  • 进化计算
  • 智能优化
  • 数学建模
  • 算法设计
  • 机器学习
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具体描述

本书将从演化计算的算法设计、理论分析和应用的角度对演化计算这一新技术进行系统全面地阐述和讨论。全书共分11章,讲述了演化算法的基本结构及原理等。

演化计算:探索智能的奥秘与算法的边界 在浩瀚的计算机科学领域,有一门学科以其独特的视角和强大的解决复杂问题能力,吸引着无数研究者的目光——它便是演化计算。这门学科并非局限于枯燥的数学公式或僵化的逻辑推演,而是以自然界中生命进化的卓越智慧为灵感,构建出了一系列能够自我优化、不断适应的计算模型和算法。 想象一下,在没有明确指导的情况下,一个系统如何能够自主地学习、改进,并最终找到解决问题的最佳途径?这正是演化计算所要揭示的核心奥秘。它借鉴了遗传学中的基因编码、自然选择的生存法则以及物种繁衍的交配机制,将这些自然界中最具生命力的过程转化为一系列精巧的计算策略。 核心理念:模拟自然,催生智能 演化计算的基石在于其“模拟自然”的理念。与传统的基于规则或模型的算法不同,演化计算并不需要预先定义好所有可能的解决方案,而是通过对“候选解”群体进行模拟的“演化”过程,逐步逼近最优解。这个过程可以概括为以下几个关键步骤: 初始化: 首先,需要创建一个包含大量随机生成的“个体”的初始种群。每一个“个体”都代表着一个潜在的解决方案,其内部编码的“基因”信息则决定了其属性和行为。 评估(适应度函数): 接着,需要定义一个“适应度函数”来衡量每个个体解决问题的能力。这个函数就像大自然中的生存环境,它会根据个体表现出的特性,赋予其一个“适应度”分数。分数越高,代表该个体越“适应”当前的环境,越接近问题的最优解。 选择: 基于适应度分数,种群中的个体将经历“选择”。适应度高的个体更有可能被选中,并将它们的“基因”传递给下一代,就像自然界中适应能力强的生物更容易生存和繁衍一样。 交叉(重组): 被选中的个体之间会进行“交叉”操作,模拟生物的交配过程。它们将各自的“基因”进行重组,产生新的“后代”个体,这些后代有望结合父母双方的优点,拥有更优异的性能。 变异: 为了避免陷入局部最优,保持种群的多样性,还需要引入“变异”操作。这是一种随机地改变个体“基因”的机制,为算法带来新的可能性,就像生物体基因的随机突变一样,可能产生意想不到的突破。 经过反复的“选择”、“交叉”和“变异”,种群中的个体将不断被优化,其适应度也随之提高。最终,经过一定代数的演化,算法将收敛到一个或一组表现出较高适应度的优秀解决方案。 家族分支:百花齐放的演化算法 演化计算并非铁板一块,而是拥有一个庞大而活跃的家族,其中涌现出多种各具特色的演化算法,它们在不同的应用场景下展现出强大的生命力: 遗传算法 (Genetic Algorithms, GA): 作为演化计算的先驱和最经典代表,遗传算法直接借鉴了达尔文的进化理论。它以染色体形式表示解决方案,并利用选择、交叉、变异等操作进行演化。 遗传编程 (Genetic Programming, GP): 遗传编程进一步将演化计算的触角延伸到了程序设计领域。它演化的是程序的结构和代码,使得计算机能够自主地“写”出解决问题的程序。 进化策略 (Evolution Strategies, ES): 进化策略更侧重于连续空间的优化问题,它通过在参数上引入变异和自适应的变异率来探索解空间。 差分进化 (Differential Evolution, DE): 差分进化是一种简单而高效的全局优化算法,它利用种群中个体之间的差分向量来产生新的候选解,在许多复杂优化问题上表现出色。 粒子群优化 (Particle Swarm Optimization, PSO): 虽然粒子群优化在某些方面与演化计算的模拟有所区别,但它同样受到自然界群体行为(如鸟群觅食)的启发,通过粒子之间的信息共享和个体经验来共同寻优,常被归类于演化计算的范畴。 应用领域:解决现实世界的挑战 正是由于其强大的适应性和泛化能力,演化计算在现实世界的各个领域都得到了广泛的应用,成为了解决复杂、非线性、高维度问题的有力工具: 优化问题: 从工程设计中的参数优化、路径规划、资源调度,到金融领域的投资组合优化、风险管理,演化计算都能有效地找到最优或接近最优的解决方案。 机器学习与人工智能: 演化计算被用于神经网络的结构搜索(神经进化)、超参数调优、特征选择,甚至作为强化学习中的策略优化器,驱动着人工智能的进步。 组合优化: 许多实际问题,如旅行商问题、装配线调度、任务分配等,本质上是组合优化问题,演化计算能够为其提供有效的求解策略。 工程设计: 在航空航天、汽车制造、材料科学等领域,演化计算被用于优化产品的结构、性能参数,实现轻量化、高强度等目标。 生物信息学: 演化计算在基因序列分析、蛋白质结构预测、药物设计等方面发挥着重要作用,帮助科学家揭示生命的奥秘。 艺术与创意: 甚至在艺术创作领域,演化计算也以其独特的方式展现了生成性艺术的魅力,创造出新颖的视觉和音乐作品。 未来展望:无限可能的探索 随着计算能力的飞速提升和对自然界更深入的理解,演化计算的研究正以前所未有的速度发展。未来的演化计算将更加关注: 混合算法: 将演化计算与其他优化方法、机器学习技术相结合,发挥各自优势,解决更复杂的问题。 理论研究: 深入理解演化算法的收敛性、性能保证以及参数选择的理论基础。 自适应与自学习: 发展能够自主调整自身行为和学习优化策略的演化算法。 可解释性: 提高演化算法生成解决方案的可解释性,使其更易于理解和信任。 跨领域应用: 将演化计算的思想和方法应用到更多新兴领域,如量子计算、复杂系统模拟等。 演化计算,是一扇通往智能算法世界的窗口,它以自然界最强大的“创造力”为源泉,不断突破着计算的边界,为解决人类社会面临的各类挑战提供着源源不断的动力和启示。它不仅是一门技术,更是一种思维方式,一种对生命智慧的致敬,一种对未知探索的永恒追求。

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目录信息

读后感

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用户评价

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这本书的纸张质量很好,即使长时间翻阅也不会轻易磨损。内容方面,作者对演化计算的阐述非常透彻,从最基本的原理到复杂的应用,都进行了深入的讲解。我尤其喜欢书中关于“演化算法在优化设计中的应用”这一章。作者详细介绍了如何利用遗传算法来优化工程结构的设计,例如如何找到最轻但强度最高的桥梁结构,或者如何设计出最高效的飞机机翼。我印象深刻的是,书中还提供了一个关于“优化天线设计”的案例,作者通过遗传算法,成功地找到了一种全新的、性能优越的天线结构,这充分展示了演化计算在科学发现和技术创新方面的巨大潜力。而且,书中还对“演化算法与人工智能”的交叉领域进行了深入的探讨,例如如何利用演化算法来改进深度学习模型的性能,或者如何将演化算法应用于强化学习中,来训练更智能的AI代理。作者在书中对于算法的收敛性和泛化能力的分析也相当到位,这让我能够更全面地理解算法的优缺点。

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作为一名刚刚接触演化计算领域的研究生,我非常需要一本能够系统性地梳理这个学科知识体系的书籍,而《演化计算》恰好满足了我的需求。这本书的结构非常清晰,从最基本的概念介绍,到各种主流算法的详解,再到在不同应用领域的实践,层层递进,逻辑严谨。作者对遗传算法的讲解尤为细致,不仅介绍了基本的流程,还深入探讨了多种编码方式、选择算子、交叉算子和变异算子,并分析了它们各自的优缺点。我之前在阅读一些零散的资料时,对于不同算法之间的区别和联系感到模糊,而这本书通过大量的对比和类比,让我对它们有了更深入的理解。例如,在讲解粒子群优化算法时,作者将其与遗传算法进行了详细的对比,突出了粒子群在处理连续优化问题上的优势。更让我惊喜的是,书中还专门开辟了一个章节来讨论演化算法在机器学习领域的应用,包括如何利用演化算法进行特征选择、超参数优化以及模型压缩等。这对于我目前的研究方向非常有指导意义。我特别喜欢书中关于“多目标优化”的讨论,作者介绍了NSGA-II等经典的Pareto优化算法,并结合实际案例,生动地展示了如何在高维度的复杂问题中找到一组最优解。书中对于算法的描述,既有理论深度,又不失实践指导性。作者在讲解每一个算法时,都会附带相应的伪代码,这对于我将算法转化为实际代码非常有帮助。而且,书中引用的参考文献也非常前沿和权威,为我进一步深入研究提供了宝贵的资源。

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这本书封面设计得相当别致,采用了一种抽象的、类似DNA螺旋的纹理,配合深邃的蓝色和荧光绿的色彩搭配,一下子就抓住了我的眼球。当我在书店里翻开它的时候,最先吸引我的便是序言部分,作者用一种非常引人入胜的方式,将演化计算这个看似枯燥的领域,描绘成了一个充满生命力和创造力的探索过程。读着读着,我仿佛置身于一个由无数个“个体”组成的庞大“种群”中,它们通过“选择”、“交叉”和“变异”等机制,不断地自我优化,解决着人类社会中各种复杂的问题。书中的一些图示也非常生动,将算法的原理可视化,让我这个初学者也能快速理解抽象的概念。尤其是一些关于遗传算法在优化问题中应用的案例,比如如何设计更高效的交通路线,或者如何训练出更智能的机器人,都让我惊叹于演化计算的强大能力。作者在描述这些案例时,并没有堆砌大量的数学公式,而是更侧重于算法的逻辑和实际应用带来的价值,这让我在学习过程中始终保持着浓厚的兴趣。而且,书中对于不同类型的演化计算方法,如遗传编程、粒子群优化等,也进行了详细的介绍,并对比了它们各自的优缺点,这对于我深入了解这个领域非常有帮助。我特别喜欢其中关于“适应度函数”设计的章节,作者用生动的比喻解释了这个核心概念,让我明白了如何将实际问题的目标转化为算法能够理解和优化的指标。总而言之,这是一本既有深度又有广度,同时还兼具趣味性的入门书籍,强烈推荐给所有对人工智能和优化算法感兴趣的朋友们。

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这本书的装帧设计很有品味,书脊的文字清晰可见,封面则采用了一种简约而富有力量感的排版。作为一名在机器人学领域工作的工程师,我一直对如何利用演化算法来优化机器人的运动控制和路径规划很感兴趣。这本书在这方面的内容让我收获颇丰。书中详细介绍了如何利用遗传算法来训练机器人的步态,如何通过粒子群优化来规划机器人的最优路径,以及如何利用演化策略来设计机器人的形态。我特别欣赏作者在讲解“机器人行为的演化”时,提出的那些富有创意的想法。例如,他如何利用演化算法来让机器人学习在复杂环境中自主导航,或者如何让机器人通过“竞争”来进化出更有效的协作策略。书中还提供了很多关于实际机器人应用案例的分析,比如如何利用演化算法来优化无人机的飞行轨迹,或者如何让足式机器人在崎岖的地形上行走。这些案例不仅展示了演化计算在解决机器人学难题中的巨大潜力,也激发了我将演化计算技术应用于我目前研究项目的灵感。书中对“进化多足运动”的深入探讨也让我受益匪浅,作者不仅介绍了传统的演化算法,还讨论了如何结合其他控制理论来提高机器人的运动性能。

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这本书的封面设计给人一种未来感和科技感,深邃的星空背景搭配跳跃的算法节点,非常契合演化计算的主题。作为一名在金融工程领域工作的从业者,我一直关注如何利用计算方法来解决复杂的金融建模和优化问题。这本书中的一些章节,特别是关于“演化算法在金融市场中的应用”的部分,给了我很大的启发。书中详细介绍了如何利用遗传算法来优化投资组合,如何通过粒子群优化来寻找股票价格的预测模型,以及如何使用演化策略来设计高频交易系统。我特别欣赏作者在讲解“基于演化算法的风险管理模型”时,提出的那些创新性的思路。例如,他如何将演化算法与蒙特卡洛模拟相结合,来评估极端市场事件的风险。这本书并没有仅仅停留在算法的介绍层面,而是深入探讨了这些算法在实际金融场景中遇到的挑战,以及作者提出的解决方案。这使得我在阅读过程中,能够清晰地看到理论知识是如何转化为实际的金融工具的。书中对“多目标优化”在金融领域的应用也进行了深入的探讨,例如如何在收益和风险之间找到一个最优的平衡点,或者如何在不同投资目标之间进行权衡。作者提供的案例分析,都带有具体的金融数据和实现细节,这对于我将这些方法应用于我的工作中非常有参考价值。

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拿到这本《演化计算》之后,我首先被它的排版所吸引。字体清晰,间距适中,阅读起来非常舒适,不像有些学术著作那样密密麻麻,让人望而生畏。书中对演化算法的阐述,从最基础的遗传算法讲起,循序渐进,逻辑性非常强。作者并没有直接抛出复杂的数学模型,而是先从生物进化的基本原理出发,生动地解释了“选择”、“交叉”和“变异”这些核心概念是如何在计算机算法中实现的。我特别欣赏作者在讲解遗传算法的“选择”操作时,用了“适者生存”这个经典的生物学概念来类比,使得我这个对计算机科学背景不深的人也能轻松理解。之后,书中又介绍了诸如差分进化、共轭梯度法等更为进阶的演化算法,并且对这些算法的收敛速度、鲁棒性以及在不同类型问题上的适用性进行了详细的分析和比较。我尤其对书中关于“参数调优”的章节印象深刻,作者详细地探讨了种群大小、交叉概率、变异概率等关键参数对算法性能的影响,并提供了一些实用的调优策略。这对于我实际应用这些算法解决问题至关重要。此外,书中还包含了一些非常具有启发性的案例研究,比如如何利用演化算法优化神经网络的结构,或者如何设计高效的推荐系统。这些案例不仅展示了演化计算的强大威力,也让我看到了将这些理论知识转化为实际应用的无限可能。虽然书中涉及了一些算法的数学证明,但作者的处理方式非常巧妙,将证明过程放在附录或者用更直观的方式呈现,避免了打断阅读的流畅性,让我在理解算法核心思想的同时,也能够对数学基础有所了解。

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这本书的包装非常用心,收到的时候没有任何破损,书的装帧也显得十分大气。作为一名在生物信息学领域工作的研究人员,我对演化计算在基因序列分析、蛋白质结构预测等方面的应用一直很感兴趣。这本书在这方面的内容给我留下了深刻的印象。书中不仅详细介绍了如何利用遗传算法来优化基因序列比对的参数,还探讨了如何使用演化策略来设计具有特定功能的蛋白质。我特别欣赏作者在讲解“基因表达调控网络”的演化模型时,运用了非常形象的比喻,将复杂的生物学过程与计算模型紧密结合,使得我这个生物背景的研究者也能轻松理解其中的计算原理。而且,书中还提供了很多关于实际案例分析的章节,比如如何利用演化算法来寻找最佳的药物分子结构,或者如何优化转基因作物的育种策略。这些案例不仅展示了演化计算在解决生物学难题中的巨大潜力,也激发了我将演化计算技术应用于我目前研究项目的灵感。书中对“免疫算法”和“蚁群算法”的介绍也让我受益匪浅,这些仿生算法的巧妙之处在于它们从自然界中提取了灵感,并将其转化为高效的计算方法,在解决组合优化问题时表现出了卓越的性能。作者在阐述这些算法时,不仅解释了其基本原理,还深入分析了其在不同场景下的优劣势,并提供了相应的优化技巧。

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阅读《演化计算》这本书,我最直接的感受就是它的“可读性”非常高。作者似乎非常了解读者的需求,用一种平易近人的语言,将原本可能晦涩难懂的算法原理娓娓道来。即使是没有接触过演化计算的读者,也能通过这本书建立起一个清晰的认知框架。我尤其喜欢书中关于“进化博弈论”的章节,它将演化计算的思想拓展到了社会科学和经济学领域,探讨了策略的演化和稳定。这让我看到了演化计算的普适性和跨学科的巨大潜力。书中关于“机器学习中的演化计算”的讨论也让我眼前一亮,它详细地介绍了如何将演化算法用于神经网络的训练和优化,例如基因算法在超参数搜索和权重初始化方面的应用。这对于我从事人工智能相关工作非常有启发。而且,书中提供的很多练习题和思考题,都能够帮助读者巩固所学知识,并进一步拓展思路。我尝试着解答了一些题目,发现它们不仅能够检验我对算法的理解程度,还能引导我思考算法的改进方向。作者在书中还分享了一些他在演化计算研究领域多年的经验和心得,比如如何选择合适的算法、如何评估算法的性能以及如何避免常见的误区。这些“过来人”的建议,对于正在学习和研究演化计算的读者来说,无疑是宝贵的财富。

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我喜欢这本书的整体风格,它没有很多学术著作那种刻板的印象,反而带有一种探索未知的热情。作者在书中引用了大量的生物进化中的例子,比如蜂群的觅树行为、鸟类的迁徙模式等等,来阐释演化计算的基本原理。这种“从自然中学习”的思路,使得我对这些算法的理解更加深刻和直观。我尤其喜欢书中关于“分布式演化计算”的章节,它介绍了如何利用并行计算和分布式计算的技术,来加速演化算法的收敛速度,并处理更大规模的问题。这对于我目前正在进行的一个大规模优化项目非常有帮助。书中还探讨了一些前沿的研究热点,例如“演化机器学习”和“神经演化”,它们将演化计算与深度学习等热门技术相结合,开辟了新的研究方向。我特别关注了书中关于“演化算法用于生成艺术”的部分,作者展示了如何利用遗传算法来创造出令人惊叹的视觉作品,这让我看到了演化计算在创意领域的巨大潜力。而且,书中提供的代码示例,不仅清晰易懂,而且具有很高的实用性,我尝试着运行了一些代码,发现它们能够很好地工作,并且很容易进行修改和扩展。作者在书中对于算法的复杂度和计算成本的分析也相当到位,这让我能够更理性地评估算法的适用性。

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这本书的质量绝对超出我的预期。首先,纸张的印刷质量非常不错,触感细腻,长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。内容方面,作者将演化计算这样一个庞大而复杂的领域,进行了非常系统的梳理。从生物进化论的启示,到各种演化算法的原理和实现,再到它们在不同领域的应用,整个框架构建得非常完整。我特别喜欢书中关于“模拟退火”算法的讲解,虽然它不属于严格意义上的演化计算,但作者巧妙地将其与演化算法的“探索”机制联系起来,提供了一个非常好的视角来理解全局优化。书中对“遗传编程”的详细介绍也让我大开眼界,它展示了如何让计算机自动“进化”出程序代码,解决一些人类难以直接编程的问题,比如数学函数的发现和图像识别。我尝试着按照书中提供的伪代码,用Python实现了一个简单的遗传算法,并且成功地解决了教材中的一个优化问题,这给了我极大的信心。书中还讨论了一些前沿的研究方向,比如量子演化算法和分布式演化算法,这让我看到了这个领域的未来发展潜力。而且,作者在描述算法的局限性时也非常客观,并没有过分夸大其能力,而是指出了在实际应用中需要注意的陷阱和挑战,这让我对演化计算有了更理性的认识。总而言之,这是一本兼具理论深度和实践价值的优秀著作,无论你是初学者还是有一定基础的研究者,都能从中获益匪浅。

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