最优化计算机原理与算法程序设计

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出版者:湖南国防科技大学
作者:粟塔山等编著
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页数:0
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价格:20.00元
装帧:
isbn号码:9787810247160
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具体描述

最优化方法是一门古老而又年青的学科。这门学科的源头可以追溯到法国数学家拉

格朗日关于一个函数在一组等式约束条件下的极值问题。伴随着工业、军事技术和管理

决策科学的发展,这门学科也在不断丰富发展它的内涵,衍生出组合优化,线性规划,非线

性规划,动态规划,最优控制等分枝。拉格朗日乘子法则、库恩塔克条件、庞特里雅金极大

值原理、贝尔曼最优化方程,奠定了优化理论研究发展的里程碑。这些经典的优化理论着

重描述了最优解的特征。但是,直到有了高速计算机,人们才能够对各类较大规模的优化

问题利用计算机实施求解,使最优化方法成为工程设计、决策管理的一种实用工具。

几乎所有类型的优化问题都可概括为这样的数学模型:给定一个集合(称为可行集)

和该集合上定义的实值函数(称为目标函数),要计算函数在集合上的极值。通常,人们按

照可行集的性质对优化问题进行分类:如果可行集中的元素是有限的,则归结为“组合优

化”或“网络规划”,如图论中最短路径、最小费用最大流、最大权匹配等;如果可行集是有

限维空间中的一个连续子集,则归结为线性或非线性规划问题;如果可行集中的元素是依

赖于时间的决策序列,则归结为“动态规划”;如果可行集是无穷维空间中的连续子集(集

合中的元素是有限维空间中的一条曲线,由一组常微分方程描述,而目标函数为一定积

分),则归结为“最优控制问题”。当然,这样的划分不是绝对的,不论是描述问题或是计算

求解。这些分支都有一定的联系。网络规划的许多问题都可表示为线性规划;而当今流行

的“内点算法”则用非线性规划的方法来求解线性规划。最优控制中的许多算决都可以在

非线性规划中找到它们的影子。

一般说来,各优化分支有其相应的应用领域〔但不是绝对的)。线性规划、网络规划、

动态规划更多地用于管理与决策科学;非线性规划更多地用于工程优化设计;最优控制常

用于控制工程。作为一本主要面向工程类研究生的教材,囿于40学时的教学时数,《最优

化计算原理与算法程序设计》主要介绍了非线性规划的理论和算法,并扼要地介绍了动态

规划的基本原理以及最优控制问题的数值方法。

非线性规划是在一组等式和不等式约束条件下,求一个函数的极值问题。t}si年,

库恩{ H . } , I}uhn)和塔克(A . W . Tt}}ker)等人提出了非线性规划的最优性条件,为其发展奠

定了埋论基础。随着计算机的发展和应用,各种非线性规划算法应运而生。最著名的算

法包括)rJFP { Iaavidon-Fletcher-Powell)和BFGS { Bmgdew-Fietrher-faaldfarh-}hanno)无约束变

尺度法、HP{ Hestenes-Powell )广义乘子法,}iP( }'Vilsan-Han-Powell)约束变尺度法。上述这

些算法都是针对计算日标函数的局部极小点。近十年来,全局优化算法渐露头角,提出了

较为成功的填充函数法。当然,全局优化的理论目前还很不成熟,算法也只是处于实验性

的阶段。本书对上述诸算法均给出了比较详细的介绍,其中,关于全局优化方面的内容,

目前国内的教材很少涉及。

作为土程类的研究生学习最优化方法,主要着重两方面—最优性条件与算法步骤。

如果说最优性条件指明了一次旅行要到达的口的地,那么,算法步骤则指导我们如何一步

一个脚印向目的地进发。本书在描述这些内容时,时刻考虑到大部分工程类研究生的数

学基础,为读者作丫尽可能细致的铺垫。图文井茂的叙述方式,生动、直观而不失严谨。

这是一本既可用于课堂讲授又适宜于自学的教材。

最优化方法是一门工具性的课程,仅仅理解它的内容是不够的。只有将那些算法变

成高质量的计算机程序,这类工具才能为人们广泛利用。按照一张精美的家俱图纸打造

出美观实用的家俱,要靠木匠师傅的技艺;由算法步骤到高质量的模块化结构的计算机程

序同样需要创造性的劳动。本书向读者提供了许多值得借鉴的编程经验、教训和技巧,这

些经验能让人少走弯路。对某些关键性的“算法构件”,本书还为读者提供了值得参考的

源程序。

这是,一本有特色的教材,我乐意将它推荐给广大读者。

《深度学习的数学基础》 一、 引言:跨越鸿沟,理解智能的基石 人工智能的浪潮席卷全球,深度学习更是其中的核心驱动力。从图像识别到自然语言处理,深度学习模型展现出惊人的学习和推理能力。然而,在这些令人瞩目的成就背后,隐藏着一套精密的数学理论。许多开发者在应用深度学习框架时,往往停留在“调参”和“模型堆砌”的层面,对其工作原理的理解不足,限制了其在复杂问题上的创新和突破。 《深度学习的数学基础》正是为了填补这一认知鸿沟而生。本书并非一本枯燥的数学理论堆砌,而是将深度学习实践中必不可少的数学概念,以清晰、直观、易于理解的方式呈现。我们旨在帮助读者建立坚实的数学根基,从而能够更深刻地理解深度学习模型的内在机制,更有效地进行模型设计、优化和调试,最终成为一名真正懂技术、善创新的深度学习工程师。 本书的核心理念是“知其然,更知其所以然”。我们相信,只有理解了数学原理,才能在面对各种问题时游刃有余,才能在技术快速迭代的今天保持领先。 二、 内容梗概:构建坚实的数学知识体系 本书围绕深度学习所需的关键数学分支展开,循序渐进,层层递进。 第一部分:线性代数——深度学习的语言 线性代数是描述和操作数据的基本工具,在深度学习中无处不在。 向量与空间: 从向量的几何意义和代数运算入手,引入多维向量空间的概念,理解数据的表示和转换。我们将重点讲解向量的范数、内积以及它们在衡量距离和相似度上的作用。 矩阵运算: 深入剖析矩阵的加法、乘法、转置、逆等基本运算,以及它们在模型权重、数据变换中的应用。我们将通过生动的例子,例如线性回归中的方程求解、神经网络中的层间连接,来展现矩阵运算的强大威力。 特征值与特征向量: 理解特征值和特征向量在降维(如PCA)、矩阵分解以及理解数据内在结构上的重要性。我们将解释它们如何揭示数据的本质属性。 线性方程组: 学习如何用矩阵表示和求解线性方程组,这对于理解模型的训练过程至关重要,例如梯度下降的数学基础。 第二部分:微积分——优化的引擎 微积分是优化算法的基石,而深度学习的训练本质上就是一个优化过程。 导数与偏导数: 清晰地解释导数和偏导数的概念,以及它们在衡量函数变化率上的作用。我们将重点讲解多变量函数的偏导数,以及它们在计算损失函数关于模型参数的梯度时的应用。 链式法则: 深入理解链式法则,它是反向传播算法的核心。本书将通过图示和具体计算,帮助读者彻底掌握链式法则的推导过程,从而理解梯度如何从输出层逐层回传。 梯度下降及其变种: 从最基本的梯度下降算法讲起,逐步介绍SGD、Momentum、Adam等优化器的工作原理。我们将从数学上分析它们如何加速收敛,以及各自的优缺点,为读者在实践中选择合适的优化器提供指导。 凸优化初步: 简要介绍凸集、凸函数等概念,以及凸优化问题在深度学习中的意义,为理解模型收敛性和全局最优解提供理论基础。 第三部分:概率论与数理统计——理解不确定性 现实世界充满不确定性,概率论和数理统计为我们量化和处理这些不确定性提供了工具。 概率的基本概念: 讲解概率空间、事件、条件概率、独立性等基础概念,帮助读者理解随机性和不确定性。 随机变量与概率分布: 介绍离散型和连续型随机变量,以及常见的概率分布,如伯努利分布、二项分布、高斯分布等,理解它们在模型输出、数据生成中的应用。 期望与方差: 理解期望和方差的含义,以及它们在衡量随机变量的中心趋势和离散程度上的作用。 贝叶斯定理: 深入理解贝叶斯定理,它在模型推断、概率图模型等领域有广泛应用,能够帮助我们更新先验知识。 最大似然估计(MLE)与最大后验估计(MAP): 讲解如何从数据中估计模型参数,这是模型训练的另一个重要角度。 第四部分:数值计算与优化技巧 除了核心的数学理论,一些数值计算和优化技巧也是深度学习实践中不可或缺的。 数值稳定性: 探讨在数值计算中可能出现的溢出、下溢等问题,以及如何通过选择合适的数值类型和算法来提高稳定性。 矩阵分解技术: 简要介绍SVD、LU分解等技术,它们在数据预处理、模型压缩等方面有潜在的应用。 优化算法的收敛性分析: 初步探讨一些优化算法的理论收敛性,帮助读者理解为什么这些算法能够工作,以及在什么条件下能保证收敛。 三、 学习方法与本书特色 本书强调理论与实践的结合,旨在帮助读者构建直观的理解。 丰富的图示与可视化: 大量使用图示和可视化来解释抽象的数学概念,例如多维向量空间、函数曲面、梯度下降的路径等,使学习过程更生动形象。 精炼的数学推导: 在保证严谨性的前提下,我们力求数学推导清晰简洁,突出核心逻辑,避免过度冗余。 实例驱动的讲解: 许多数学概念的引入都与具体的深度学习应用场景紧密联系,例如用线性代数解释全连接层,用微积分解释损失函数优化,用概率论解释Softmax函数。 循序渐进的学习路径: 内容设计上遵循由浅入深、由易到难的原则,即使读者数学基础稍弱,也能逐步掌握。 注重直观理解: 本书更侧重于帮助读者建立对数学概念的直观理解,而非追求形式上的完备和严谨。我们相信,理解比记忆更重要。 丰富的练习与思考题: 每章末都附有精心设计的练习题和思考题,帮助读者巩固所学知识,并引导他们进行更深层次的思考。 四、 目标读者 本书适合以下人群: 希望深入理解深度学习原理的开发者: 正在使用深度学习框架(如TensorFlow, PyTorch),但希望了解模型背后数学原理的工程师。 有一定编程基础,但数学基础相对薄弱的学生: 希望为学习深度学习打下坚实数学基础的计算机科学、人工智能、数据科学专业的学生。 对人工智能感兴趣,希望了解其内在机制的爱好者: 希望从更根本的层面理解人工智能发展的爱好者。 对传统机器学习模型感到瓶颈的研究者: 希望通过掌握深度学习的数学基础,拓展研究方向的研究人员。 五、 结语:开启深度学习的进阶之旅 掌握《深度学习的数学基础》,意味着你将告别“黑箱”式的学习和应用,真正地理解深度学习模型的“灵魂”。你将能够: 更有效地设计和选择模型架构。 更准确地理解和调试模型训练过程。 更深入地分析模型的性能瓶颈。 更有信心地进行模型创新和算法改进。 本书是你在深度学习领域深入探索的强大起点,也是你开启进阶之旅的必不可少的一步。让我们一起,用严谨的数学,武装我们的智能探索之路。

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读后感

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用户评价

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说实话,我一开始对这本书的期望值并不高,市面上这类书籍太多了,很多都是拼凑的或者深度不足。但是,《最优化计算机原理与算法程序设计》展现出的专业深度和广度,真的让人刮目相看。它并没有满足于仅仅讲解那些耳熟能详的标准算法,而是花了大量篇幅去探讨如何在不同的硬件架构和应用场景下,对这些算法进行精细的打磨和调优。比如,书中对于内存访问模式对程序性能的影响分析,简直是教科书级别的案例展示。我个人尤其欣赏作者在代码示例上的严谨性,每一个程序片段都经过了实战的检验,不仅展示了算法的正确性,更重要的是体现了“最优”二字的真正含义——如何在有限的资源下榨取出最高的效率。这种对细节的执着和对性能的极致追求,让这本书的价值远远超出了同类书籍。如果你是一位追求极致性能的开发者,这本书提供的视角绝对是独一无二的。

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这本书的结构设计非常精妙,它成功地在“原理深度”和“工程实践”之间找到了一个完美的平衡点。我以前读过一些纯理论的书,读完后虽然理论知识很扎实,但面对实际项目时却无从下手,感觉理论和实践之间隔着一道鸿沟。而《最优化计算机原理与算法程序设计》则巧妙地弥合了这一点。它在讲解完一个复杂的优化技术后,马上会紧接着给出几个实际的编程案例,展示如何用C++或者Python等主流语言实现这些优化。更值得称赞的是,书中对不同优化手段的适用性做了非常细致的对比分析,告诉你什么时候该用A方法,什么时候B方法会更合适,避免了盲目套用。这种“知道为什么有效,并且知道在什么情况下最有效”的知识体系,对于快速提升项目开发质量非常有帮助,感觉就像随身携带了一位资深架构师在指导工作。

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我必须承认,这本书的阅读体验是相当“烧脑”的,但绝对是物超所值的“烧脑”。它并没有刻意去迎合初学者,而是设定了一个较高的知识起点,要求读者具备一定的编程基础和离散数学的概念。对于那些希望挑战自己思维极限、想真正搞懂计算机科学核心秘密的人来说,这本著作无疑是绝佳的伙伴。我记得有几个章节关于并行计算和分布式优化模型的部分,我足足花了几天时间反复推敲,甚至需要借助外部资料来辅助理解。但每一次攻克一个难点,那种豁然开朗的成就感是无与伦比的。这本书不是那种可以轻松翻阅的“快餐读物”,它需要你投入时间、精力和思考,但它给予你的知识回馈,是那种能够内化为你自身能力、长期受益的宝贵财富。如果你想追求的不是表面的应用,而是底层的精髓,那么请准备好迎接挑战。

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从一个侧重于系统维护和运维的角度来看,《最优化计算机原理与算法程序设计》同样提供了极具价值的洞察力。我们日常工作中经常遇到的性能瓶颈,往往就藏在那些看似简单的算法实现细节里。这本书详细剖析了高并发、大数据量场景下,常见数据结构和算法的潜在陷阱,比如缓存一致性问题、锁竞争的开销分析等。通过深入理解这些原理,我开始能够更主动地去诊断和修复那些难以定位的系统延迟问题,而不是仅仅依赖于外部工具的报告。它教会了我如何从源码层面去思考性能,如何设计出既高效又健壮的服务架构。这本书的实战价值在于,它将深奥的理论转化为了可以直接指导我们日常生产环境优化的工具箱。对于希望提升系统稳定性和响应速度的工程师而言,这本书的价值不言而喻。

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哎呀,这本书真是让我眼前一亮!我之前对这类技术书籍总是抱持着一种敬而远之的态度,总觉得会是那种枯燥乏味、全是公式和概念的集合。但《最优化计算机原理与算法程序设计》完全颠覆了我的想象。它不是那种硬邦邦的教科书,更像是请了一位经验丰富的工程师手把手教你如何解决实际问题。书里对基本原理的阐述深入浅出,绝不只是停留在理论层面。作者似乎深谙读者在学习过程中的痛点,总能在关键节点给出巧妙的比喻和直观的解释。我特别喜欢它在介绍算法优化时,那种循序渐进的讲解方式,从基础的贪心策略到更复杂的动态规划,每一步都搭建得非常扎实。读完前几章,我就感觉自己对计算机底层逻辑的理解提高了一个层次,不再是“知道有这个算法”,而是“我理解它为什么这样工作,以及如何应用它”。对于想从入门走向精通的同行来说,这绝对是一本宝藏级的参考书,读起来非常过瘾。

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是本好书, 可惜买不到了...

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