Artificial Intelligence for Advanced Problem Solving Techniques pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Vrakas, Dimitris (EDT)/ Vlahavas, Ioannis Pl (EDT)

出品人:

页数:370

译者:

出版时间:

价格:1570.00元

装帧:

isbn号码:9781599047058

丛书系列:

图书标签:

• 人工智能
• 高级问题解决
• 算法
• 机器学习
• 深度学习
• 优化算法
• 搜索算法
• 知识表示
• 专家系统
• 计算智能

书名：《深入探索计算思维与复杂系统建模：从理论基石到前沿应用》 内容简介 本书旨在为读者提供一个关于计算思维、复杂系统建模及其在跨学科问题解决中应用的全面且深入的综述。我们不侧重于特定的、已经被充分研究的领域（例如，我们不会详尽讨论现有的基于特定算法的“高级问题解决技术”），而是致力于构建理解和分析当代科学、工程乃至社会治理领域中复杂现象的理论框架和方法论工具箱。 全书结构围绕理解系统的内在机制、构建有效的抽象模型，以及利用计算工具进行模拟和优化展开。 --- 第一部分：计算思维的哲学与方法论基础 本部分奠定理解复杂计算过程的基石，着重探讨计算如何作为一种认识世界的方式，而非仅仅是工具箱中的算法集合。 第一章：超越算法：计算思维的本质与边界 本章首先区分了“编程”与“计算思维”。计算思维被定义为一种结构化的、系统性的问题分解、抽象、模式识别和算法化（或流程化）的思维模式。我们探讨了计算思维在面对非结构化和模糊信息时的局限性，以及如何通过“类比推理”和“反事实分析”来拓展其适用范围。重点分析了图灵机模型在描述现代分布式计算和生物计算系统时的不足，引入了更具哲学深度的计算模型——如细胞自动机和基于过程的逻辑（Process Calculus）。 第二章：复杂性理论的数学骨架 本章深入探讨了算法复杂度的经典理论（P, NP, PSPACE），但其核心目的是将其作为分析模型效率的参照系。随后，我们将重点转向信息论和统计力学的交汇点。我们详述了香农信息论如何为系统的确定性和不确定性提供度量，并引入了柯尔莫哥洛夫复杂度（Kolmogorov Complexity）的概念，用以衡量一个系统的内在信息量和模型构建的最小描述长度，这对于理解模型简约性至关重要。 第三章：形式化方法与规范性推理 本章关注如何精确地定义问题和期望的行为。我们不讨论特定问题的优化，而是探讨构建能够表达时间、并发性和资源受限等特性的形式语言。内容包括模态逻辑（Modal Logic）在描述系统状态演变中的应用，以及模型检验（Model Checking）的理论基础——如何系统地验证一个系统是否满足预先设定的规范，而非仅仅测试其特定输入输出。 --- 第二部分：复杂系统建模的抽象范式 本部分关注如何将现实世界中难以量化的、相互依赖的实体和过程映射到可计算的结构中。 第四章：结构化抽象：图论的广义应用 超越基础图论，本章着重于高阶图结构和动态图。我们探讨了如何使用张量网络（Tensor Networks）来表示高维、强耦合的系统状态，这在物理学和大规模数据分析中有着重要意义。同时，引入了网络科学的最新进展，如层次化网络（Hierarchical Networks）和适应性网络（Adaptive Networks），重点讨论网络拓扑结构如何影响信息的传播、鲁棒性以及整体系统的涌现特性。 第五章：时间与过程的建模：事件驱动与连续系统 本章对比了离散事件系统（DES）和连续时间系统的建模优势与劣势。我们详细解析了混合系统（Hybrid Systems）的理论框架——即同时包含连续动力学和离散状态转换的系统，这对于控制工程和机器人学中的精确交互至关重要。内容还涉及如何使用微分代数方程（DAE）而非单纯的常微分方程来捕捉系统内部的约束关系。 第六章：基于主体的建模（ABM）的范式超越 本章深入剖析了代理式建模（Agent-Based Modeling）的哲学含义。我们着重讨论如何设计具有内在激励、学习机制和有限理性（Bounded Rationality）的“主体”，而非简单地预设其行为规则。关键探讨了多尺度建模的挑战——如何在微观主体的行为规则与宏观的涌现模式之间建立可靠的、可验证的映射关系，并讨论了如何利用非线性动力学来描述主体间的反馈回路。 --- 第三部分：计算与不确定性管理 本部分关注在信息不完整或系统内在随机性较高的情况下，如何进行决策和推断。 第七章：概率推理的非经典方法 本书不侧重于贝叶斯推理的直接应用，而是聚焦于其在处理大规模、高维数据时的计算挑战和替代方案。我们探讨了概率图模型（Probabilistic Graphical Models）的结构（如马尔可夫随机场和因子图）如何影响推理的复杂性。随后，引入了模糊集理论（Fuzzy Set Theory）和证据理论（Theory of Evidence, Dempster-Shafer Theory）作为处理不确定性、知识冲突和信息缺失的替代性工具。 第八章：随机过程与演化模拟 本章的核心是理解系统如何随时间随机演化。我们详细介绍了马尔可夫链（Markov Chains）和更一般的随机过程（如 Lévy 过程），重点在于如何使用这些工具来模拟那些无法被完全解析的动态系统。内容包括蒙特卡洛方法（Monte Carlo Methods）的理论深度，特别是方差缩减技术（Variance Reduction Techniques）和重要性采样（Importance Sampling）的严格数学基础，这些是进行精确数值模拟的关键。 第九章：适应性与学习的计算机制 本章超越了标准的监督学习框架，探讨系统如何通过与环境的交互来改变自身的结构或参数。我们研究了强化学习背后的动态规划（Dynamic Programming）和最优控制理论的联系，强调了探索（Exploration）与利用（Exploitation）之间的基本权衡。同时，还引入了进化计算（Evolutionary Computation）的理论框架，特别是遗传编程（Genetic Programming）的符号搜索能力，用以探索解空间中结构性的最优表示。 --- 第四部分：计算验证与系统集成 本部分聚焦于如何验证复杂模型的有效性，以及如何将不同的建模范式集成以解决实际中的跨领域问题。 第十章：模型的可视化与定性分析 在无法完全解析高维复杂系统的所有行为时，有效的可视化和定性分析至关重要。本章探讨了降维技术（如流形学习）如何帮助揭示隐藏在数据中的低维结构，以及相图（Phase Space Diagrams）和分岔理论（Bifurcation Theory）如何帮助识别系统从一种行为模式过渡到另一种行为模式的临界点。 第十一章：多范式集成与架构设计 现代复杂问题的解决往往需要结合不同的计算视角。本章探讨了如何构建“异构建模环境”，例如，如何将基于规则的专家系统与基于数据的统计模型相结合。我们深入研究了领域特定语言（DSL）在协调不同抽象层次和计算模式中的作用，以及如何设计接口协议来确保不同模型组件间的数据和状态的语义一致性。 第十二章：面向未来：计算的开放性与可解释性挑战 本章以对计算边界的反思作结。我们讨论了“黑箱”模型在需要高度信任的领域（如医疗、军事）中面临的挑战，并探讨了可解释性（Explainability）作为一门独立研究领域的理论需求——即如何从计算结果反溯到其背后的因果机制。最后，展望了量子计算和生物启发计算（Bio-inspired Computing）对传统计算思维可能带来的颠覆性影响，以及我们应对这些新范式所需的理论准备。 --- 本书面向具有扎实数学和计算机科学背景的高年级本科生、研究生，以及需要构建复杂系统解决方案的工程师和研究人员。它提供的不是现成的解决方案，而是分析和构建新颖解决方案所需的方法论深度和理论广度。

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