不适定问题的正则化方法及应用

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出版者:
作者:刘继军
出品人:
页数:220
译者:
出版时间:2008-1
价格:28.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787030158338
丛书系列:信息与计算科学丛书·典藏版
图书标签:
  • 数学
  • 反问题
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具体描述

《不适定问题的正则化方法及应用》以自封闭的形式系统介绍了线性不适定问题的正则化求解方法,以及在数学物理反问题研究中的一些应用。主要内容包括:不适定问题的基本概念和特点,研究不适定问题需要的基本数学工具和方法,求解不适定问题的标准的正则化方法及近年来的新发展,以及正则化方法在逆时热传导、数值微分、逆散射等领域中的应用。《不适定问题的正则化方法及应用》的内容包含了作者和其他学者近几年来的有关工作。

不适定问题的正则化方法及应用 概述 本书深入探讨了数学和工程领域中普遍存在的“不适定问题”——即那些没有唯一解或解对输入数据极其敏感的问题。这类问题广泛存在于科学研究、数据分析、图像处理、医学成像、地球物理勘探等诸多领域。传统的求解方法往往难以获得稳定且有意义的结果,因此,发展鲁棒的、能够处理不适定性的技术至关重要。本书系统性地介绍了一系列有效的正则化方法,旨在通过引入外部信息或约束来稳定问题,并探讨了这些方法在实际应用中的具体表现。 核心内容 第一部分:不适定问题的理论基础 不适定问题的定义与分类: 详细阐述了不适定问题的基本概念,包括“无解”、“无穷多解”和“对扰动敏感”等特性。我们将不适定问题根据其数学结构进行分类,例如第一类积分方程、逆问题、病态线性系统等,并提供清晰的数学定义和实例。 不适定问题的根源分析: 深入剖析导致问题不适定的内在原因,例如数据的噪声、测量误差、模型的不完备性、信息缺失等。我们将分析这些因素如何影响解的稳定性和唯一性,为后续正则化方法的引入奠定理论基础。 病态性度量与稳定性分析: 介绍衡量不适定问题病态程度的常用指标,如条件数、奇异值分解(SVD)等。通过对病态性的量化分析,帮助读者理解问题的难易程度,并为选择合适的正则化方法提供依据。 第二部分:主流正则化方法的系统介绍 本书将详细介绍并比较以下几种重要的正则化方法: Tikhonov正则化: 基本原理: 阐述Tikhonov正则化如何通过添加一个二次惩罚项来约束解的范数,从而将不适定问题转化为适定问题。 L2正则化: 重点介绍L2范数正则化,即最小化||Ax - b||² + λ||x||²。讨论λ(正则化参数)的选择策略,如L曲线法、GCV(广义交叉验证)等。 变分表述: 从变分法的角度解释Tikhonov正则化的意义,即求解一个能量泛函的最小值。 截断奇异值分解(Truncated SVD): SVD分解: 回顾奇异值分解的核心理论,并展示其在分析不适定问题中的作用。 截断策略: 讲解如何通过截断小的奇异值来抑制噪声的影响,保留主要的信号成分。 与Tikhonov正则化的联系: 探讨截断SVD与Tikhonov正则化之间的数学联系。 Least Absolute Shrinkage and Selection Operator (LASSO) 和 L1正则化: L1范数正则化: 介绍L1范数正则化,即最小化||Ax - b||² + λ||x||₁。重点分析L1正则化在稀疏性恢复方面的独特优势,能够实现特征选择。 LASSO算法: 介绍LASSO算法的具体实现,如坐标下降法、近端梯度下降法等。 与L2正则化的比较: 对比L1和L2正则化的差异,以及它们在不同问题中的适用性。 Total Variation (TV) 正则化: TV范数的定义: 介绍Total Variation范数,特别是在图像处理领域,用于保留图像的边缘信息,同时平滑非边缘区域。 TV正则化在去噪和复原中的应用: 阐述TV正则化在图像去噪、去模糊、超分辨率等任务中的有效性。 实现方法: 介绍TV正则化的几种常见求解算法。 贝叶斯正则化方法: 概率框架: 从概率推断的角度,将正则化视为引入先验信息。 最大后验估计 (MAP): 介绍MAP估计在正则化中的应用,将先验信息纳入到目标函数中。 马尔可夫随机场 (MRF) 与图模型: 探讨更复杂的先验模型,如MRF,在图像分割、纹理合成等问题中的应用。 第三部分:正则化参数的选择与评估 正则化参数的重要性: 强调正则化参数λ在平衡保真度和正则化强度中的关键作用。 选择策略: 详细介绍各种用于选择最优正则化参数的方法,包括: L曲线法 (L-curve Method): 绘制残差范数和解范数之间的关系曲线,寻找最佳的“弯曲点”。 广义交叉验证 (Generalized Cross-Validation, GCV): 一种无需保留数据即可评估模型性能的统计方法。 偏差-方差权衡 (Bias-Variance Trade-off): 从统计学习的角度分析正则化参数对模型偏差和方差的影响。 赤池信息量准则 (AIC) 和贝叶斯信息量准则 (BIC): 介绍信息准则在模型选择中的应用。 模型评估指标: 介绍用于评估正则化方法性能的常用指标,例如均方误差 (MSE)、信噪比 (SNR)、峰值信噪比 (PSNR) 等。 第四部分:正则化方法在实际问题中的应用 本部分将通过具体的案例,展示所介绍的正则化方法在解决实际不适定问题中的强大能力: 图像处理: 图像去噪: 应用Tikhonov、TV正则化等方法去除图像中的高斯噪声、椒盐噪声。 图像去模糊: 解决由相机抖动、光学成像等引起的模糊问题。 图像超分辨率: 从低分辨率图像恢复高分辨率图像。 图像修复/填补: 修复图像中的缺失区域。 医学成像: CT图像重建: 利用正则化技术改善低剂量CT图像的质量,降低辐射剂量。 MRI图像增强: 提升MRI图像的清晰度和细节。 PET图像分析: 提高PET成像的空间分辨率和信噪比。 地球物理勘探: 地震数据反演: 利用正则化方法从地震波数据中反演出地下地质结构。 重力/磁力异常反演: 解释地表观测到的重力或磁力异常,推断地下源体的分布。 信号处理: 信号去噪与滤波: 应用正则化方法去除信号中的干扰。 盲源分离: 从混合信号中分离出原始信号源。 机器学习与数据科学: 稀疏回归: 利用L1正则化实现特征选择和模型简化。 弹性网络 (Elastic Net): 结合L1和L2正则化的优势。 推荐系统中的应用: 利用矩阵分解与正则化技术提高推荐精度。 结论 本书旨在为读者提供一个全面而深入的关于不适定问题及其正则化方法的理论框架和实践指南。通过理解不适定问题的本质,掌握各种正则化技术的原理和优缺点,并了解其在各个领域的成功应用,读者将能够更有效地解决现实世界中的复杂问题,推动科学研究和技术创新的发展。本书适合数学、计算机科学、工程学、物理学、生物医学工程等相关专业的学生、研究人员以及对逆问题求解感兴趣的工程师。

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《不适定问题的正则化方法及应用》这个书名本身就暗示着一种解决复杂难题的思路和方法论。在我的学习和工作中,经常会遇到信息不足、数据噪声大,或者目标函数不明确等导致的问题变得“不适定”的情况。而“正则化”无疑是处理这类问题的一大利器。我非常希望能在这本书中找到对各种主流正则化方法的全面梳理和深入剖析,不仅仅是它们的数学形式,更重要的是它们背后的思想和机制。比如,为何引入正则项能够“稳定”解,它们如何权衡数据保真度和解的先验知识,以及不同正则化方法(如L1, L2, TV等)各自的特点和适用场景。我尤其关注书中关于“应用”的部分,期待看到这些抽象的理论如何转化为解决实际问题的具体方案。例如,在医学影像领域,如何利用正则化技术来精确地重建CT或MRI图像,即使原始数据存在缺失和噪声;在机器学习领域,如何运用正则化策略来应对过拟合,提升模型的泛化能力;甚至在更广泛的科学计算和工程领域,如大地勘探中的反演问题,或者环境监测中的数据融合,这些方法是否也能提供有效的解决方案?我希望这本书能成为一本指导性的参考书,为我在面对实际挑战时,提供清晰的理论框架和实用的操作指南。

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《不适定问题的正则化方法及应用》——光是这个书名就充满了科学的严谨和解决问题的力量。我一直对那些能够化腐朽为神奇、在不确定性中寻找确定性的方法论非常着迷。很多时候,我们面对的真实世界并非是数学上的“良定”问题,而是充满了噪声、缺失信息,甚至目标函数本身都难以精确定义的“不适定”问题。而“正则化”正是这些问题的“救星”。我希望这本书能够为我呈现一个清晰的知识框架,详细介绍不同类型的正则化技术,比如Tikhonov正则化、Lasso、Ridge回归,以及新兴的各种方法。更重要的是,我希望深入理解它们各自的数学原理、引入正则项的目的、以及如何选择合适的正则化参数来达到最佳效果。我尤其期待书中关于“应用”部分的详尽阐述,能够看到这些方法如何在实际的科学研究和工程实践中发挥作用。比如,在信号处理领域,如何利用正则化来有效恢复被严重污染的信号;在医学影像分析中,如何通过正则化技术来重建高质量的图像;甚至在一些更具挑战性的领域,如地球物理勘探中的反演问题,或者金融建模中的风险控制,这些方法是否也能展现出其独特的价值?我希望这本书不仅能让我明白“为什么”,更能告诉我“怎么做”,为我解决实际问题提供宝贵的思路和技术指导。

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这本书的书名《不适定问题的正则化方法及应用》立刻勾起了我的研究兴趣。在我的学习和工作中,很多时候我们所面临的问题并非是“良定的”,即不存在唯一、稳定的解。无论是由于测量误差、数据缺失,还是模型本身的局限性,都可能将一个原本清晰的问题变得模糊不清,这就进入了“不适定”的范畴。而“正则化”作为解决这类问题的关键技术,其原理和应用始终是我探索的重点。我期待这本书能够为我提供一个系统的知识体系,深入浅出地讲解各种主流的正则化方法,包括它们的数学基础、核心思想以及各自的特点。例如,书中是否会深入分析L1和L2正则化在模型选择和特征提取方面的差异?Total Variation正则化又是如何在保持图像边缘的同时进行去噪的?更令我期待的是“应用”部分,我希望能看到这些理论如何被巧妙地应用于解决实际难题。例如,在医学影像领域,如何利用正则化技术来准确地重建CT扫描数据,即使数据存在噪声和不完整性;在计算机视觉领域,如何通过正则化来提升图像识别和目标检测的准确率;甚至在一些更前沿的领域,如自然语言处理中的模型优化,或者金融市场预测中的风险管理,这些方法是否也能发挥关键作用?我希望这本书不仅能深化我对正则化理论的理解,更能为我在实际研究中提供具体的指导和启发。

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这本书的书名《不适定问题的正则化方法及应用》光是听着就很有分量,让我立刻联想到在科研和工程领域中那些看似棘手、数据不完整、甚至目标函数本身都定义不清的挑战。我一直对那些能够将混乱转化为秩序、将模糊变为清晰的理论和方法非常感兴趣,而“正则化”这个词恰恰就带着这种魔力。它不仅仅是数学上的一个技巧,更是一种思想的升华,一种在不确定性中寻找最优解的哲学。我迫切地想知道,作者是如何将这些抽象的数学概念,如同精巧的匠人一般,雕琢成能够切实解决实际问题的工具。从书名来看,它似乎提供了一种系统性的解决方案,而不是零散的技巧集合。我特别期待看到书中对“不适定问题”的界定和分类,以及不同类型的不适定问题,是否对应着不同形态的正则化方法。例如,在图像恢复领域,模糊和噪声可以被看作是信息丢失或失真的不适定问题,而Tikhonov正则化、Total Variation正则化等是否能在书中得到详尽的阐述和比较?在机器学习中,过拟合和欠拟合的挑战,以及模型选择的困境,是否也能被归入不适定问题的范畴,并通过正则化手段得到有效的处理?我对书中“应用”的部分更是充满了期待,理论的生命力在于实践,能够看到这些方法在诸如遥感图像处理、医学影像分析、金融建模,甚至自然语言处理等领域是如何落地生根,解决实际痛点的,将是一次极具启发性的阅读体验。这本书的出现,或许能为我在面对科研瓶颈时,提供一条清晰的路径,一种全新的视角,让我能够更自信地 tackling那些看似“无解”的难题。

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刚拿到这本书,就迫不及待地翻阅了起来,书名《不适定问题的正则化方法及应用》确实点出了核心。我一直认为,在许多科学和工程应用中,我们面对的往往不是完美的、良定的问题,而是充斥着噪声、缺失数据、或者目标函数本身就不够“听话”的不适定问题。而“正则化”作为解决这类问题的利器,其背后的思想深度和应用广度一直是我关注的焦点。这本书似乎提供了一个全面的框架,从理论根基到实际应用,为读者构建了一个完整的知识体系。我特别好奇书中是如何将那些抽象的数学理论,比如泛函分析、最优化理论等,与具体的应用场景联系起来的。作者在讲解过程中,是否会深入剖析不同正则化方法的优缺点,例如它们对噪声的敏感程度、对解的平滑性约束的强度,以及在计算效率上的考量?此外,我非常期待看到书中对“应用”部分的具体案例分析,比如在信号处理领域,如何利用正则化方法来恢复被严重噪声污染的信号;在计算机视觉中,如何通过正则化来提升图像复原、对象识别的精度;甚至在更前沿的领域,例如生物信息学或地球物理勘探中,这些方法是否也发挥着关键作用?书中是否会提供一些算法的伪代码或者实现上的关键提示,帮助读者将理论知识转化为实际操作?我希望这本书不仅能告诉我“是什么”,更能告诉我“怎么做”,以及“为什么这样做”能有更好的效果。

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这本书的书名《不适定问题的正则化方法及应用》立刻吸引了我的注意,因为它触及到了我在科学研究和工程实践中经常遇到的核心挑战。我们常常需要处理那些由于数据不完整、测量误差、或者模型本身的局限性而导致的不适定问题。而“正则化”正是应对这些挑战的强大理论和技术。我非常期待这本书能够系统地梳理和介绍各种主要的正则化方法,不仅是理论上的推导和阐述,更希望看到它们在不同场景下的有效性分析。例如,书中是否会深入探讨不同正则化策略的普适性,以及它们在处理特定类型的不适定问题时的优势和劣势?我尤其对“应用”部分的内容充满期待,希望能够看到书中提供具体的案例研究,展示这些方法如何在实际问题中落地生根。比如,在图像科学领域,如何运用正则化技术来恢复被模糊和噪声严重破坏的图像;在统计建模和机器学习领域,如何通过正则化来提高模型的稳定性和预测精度;甚至在更广泛的应用,如逆问题求解、数据同化等领域,这些方法又扮演着怎样的关键角色?我希望这本书不仅能为我提供理论的深度,更能给予我实践的指导,让我能够将这些先进的工具灵活地应用于我的研究中,从而有效地解决我所面临的各种复杂问题,推动研究的进步。

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《不适定问题的正则化方法及应用》这个书名本身就充满了吸引力。在我的工作和学习经历中,很多时候我们面对的并非是完美的、有唯一解的问题,而是充满了模糊、不确定性,甚至是信息缺失的“不适定”场景。而“正则化”作为一种处理这类问题的强大工具,其原理和应用始终是我非常感兴趣的领域。我非常期待这本书能够提供一个清晰的脉络,从数学原理出发,深入浅出地讲解各种主要的正则化技术,例如Tikhonov正则化、Lasso、Ridge回归、Total Variation正则化等等。我希望书中能够详细阐述这些方法是如何通过引入先验信息或者对解施加某种约束来“稳定”不适定问题,从而得到一个更有意义、更符合实际的解。更重要的是,我非常期待书中关于“应用”部分的详尽介绍。例如,在信号处理领域,如何利用正则化来有效地去除噪声并恢复原始信号?在机器学习中,如何通过正则化来防止模型过拟合,提升泛化能力?甚至在更广泛的科学研究中,例如天文学中的图像重建,或者地球科学中的反演问题,这些方法又扮演着怎样的角色?我希望这本书不仅能帮助我理解这些方法的“为什么”,更能指导我如何“怎样”地将它们应用到我所遇到的实际问题中,从而为我的研究和工作带来新的突破。

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书名《不适定问题的正则化方法及应用》精准地抓住了我在科研中经常面临的痛点。数据不完整、噪声干扰、甚至模型本身的局限性,都可能导致我们面对的问题变得“不适定”,即不存在唯一且稳定的解。而“正则化”正是解决这些问题的核心技术。我迫切希望在这本书中找到对各种主要正则化方法(例如Tikhonov正则化、Lasso、Ridge回归、Total Variation等)的深入理解,不仅是它们的数学推导,更重要的是它们的内在逻辑和各自的优势所在。书中是否会详细比较这些方法的性质,比如它们对解的平滑性、稀疏性的约束有何不同,以及在计算复杂度和收敛性方面的表现?我尤其期待书中关于“应用”部分的丰富案例,例如在图像恢复领域,如何运用正则化技术有效地去除噪声和模糊,恢复清晰的图像;在机器学习中,如何通过正则化来避免过拟合,提高模型的泛化能力;甚至在一些新兴的交叉学科领域,如生物信息学中的基因表达数据分析,或者社会科学中的复杂系统建模,这些方法是否也能展现出其独特的价值?我希望这本书能成为我解决实际问题时的得力助手,为我提供理论的深度和实践的指导,让我能够更自信地迎接那些具有挑战性的不适定问题。

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这本书的书名《不适定问题的正则化方法及应用》直击了我科研工作中的关键挑战。现实世界中的许多问题,往往不是能够简单地通过直接求解得到唯一、稳定解的“良定”问题,而是充斥着噪声、信息不完整、甚至模型本身就存在模糊性,这便是“不适定”问题的典型特征。而“正则化”技术,正是应对这些挑战的强大武器。我非常期待这本书能够系统地梳理和深入讲解各种主要的正则化方法,不仅仅是它们的数学形式,更重要的是它们背后的思想和原理。比如,书中是否会详细阐述如何通过引入先验信息或约束来“稳定”解,以及不同正则化方法(如L1, L2, Total Variation)在处理不同类型的不适定问题时各自的优势和劣势?我尤其对书中关于“应用”部分的详细案例分析充满期待。例如,在图像处理领域,如何运用正则化来有效地去除噪声、恢复模糊的图像;在机器学习中,如何通过正则化来提升模型的泛化能力,防止过拟合;甚至在一些更前沿的领域,如天文学中的图像重建,或者地球科学中的数据同化,这些方法又扮演着怎样重要的角色?我希望这本书能成为我解决实际问题时的得力助手,不仅为我提供理论的深度,更能给予我实践的指导,让我能够更有效地应对那些复杂而艰巨的不适定问题。

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这本书的题目《不适定问题的正则化方法及应用》一下子就击中了我的研究方向。我们常常在科研工作中遇到许多“不适定”的状况,数据不准确、模型不完整、甚至观测到的信息不足以唯一确定一个解,这些都属于这一范畴。而“正则化”正是我们解决这类问题的强大武器。我希望这本书能够为我提供一个系统性的指导,让我能够更深入地理解不同正则化方法的内在原理和适用范围。例如,在处理高维稀疏数据时,L1正则化(LASSO)的优势何在?在图像去噪和边缘保持方面,Total Variation(TV)正则化又为何如此有效?书中是否会对比和分析这些方法的数学基础、解的性质以及在不同问题上的表现?我特别期待书中关于“应用”部分的详细阐述,能够看到这些理论方法是如何被巧妙地应用于实际问题,例如医学影像的重建,如何处理CT扫描中的投影数据不完整和噪声;又或者是在金融风险管理中,如何利用正则化模型来预测资产价格波动,控制投资组合的风险。我希望这本书不仅是理论的讲解,更能提供一些实用的技巧和案例,帮助我将这些先进的方法运用到自己的研究中,从而克服遇到的实际困难,找到更优的解决方案。

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