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柯良军著 著

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• 数据挖掘
• 人工智能
• 工程优化
• 算法设计
• 群智能

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302465737

商品编码：12674667031

出版时间：2017-06-01

作  者:柯良军 著 定  价:59 出 版 社:清华大学出版社 出版日期:2017年06月01日 页  数:173 装  帧:平装 ISBN:9787302465737 ●第1章绪章
●1.1引言
●1.2复杂性理论的基础知识
●1.2.1算法的复杂度
●1.2.2问题的复杂度
●1.3智能优化方法概述
●1.3.1常用的智能优化方法
●1.3.2智能优化方法的一般框架
●1.3.3智能优化方法分类
●1.3.4智能优化方法的特点
●1.4本书内容及组织
●参考文献
●第2章蚁群优化方法概述
●2.1蚁群算法的思想起源
●2.2蚁群算法的基本框架
●2.3基本蚁群算法及其典型改进算法
●2.3.1基本蚁群算法
●2.3.2蚁群系统
●2.3.3最小蚂蚁系统
●2.4蚁群算法研究现状
●部分目录

内容简介

本书在简要阐述智能优化方法相关理论的基础上，介绍了蚁群智能优化方法的基本原理与算法主要要素等基本内容。同时，介绍蚁群智能优化方法在旅行商问题、背包问题、定向问题、属性约简、卫星资源调度问题以及多目标组合优化问题等复杂组合优化问题的应用示例，详细阐述蚁群智能优化方法在具体应用中的的基本设计方法以及算法性能改善的有效途径。
本书适合作为从事智能优化方法及其应用研究的相关科技工作者、专业技术人员的参考书，也可作为计算机学科、控制科学等专业研究生和高年级本科生学习蚁群智能优化方法的指导用书。
柯良军 著 柯良军，西安交通大学电信学院副教授，博士生导师。研究领域为复杂系统建模与优化、模式识别，主要包括资源调度、物流、多目标优化、鲁棒优化。主持国家自然科学基金等科研项目。研究成果在IEEE transaction on Cybernetics、European Journal of Operational Research、Omega等靠前期刊发表。

图书简介：仿生计算与复杂系统优化前沿探索 本书聚焦于当前计算科学与工程领域的前沿热点——仿生计算（Bio-inspired Computation）及其在解决复杂系统优化问题中的实际应用。 本书并非专注于单一的群体智能算法，而是构建了一个宏大而系统的知识框架，涵盖了从基础理论到前沿交叉研究的多个维度，旨在为读者提供一个全面、深入、且具有前瞻性的视角。 --- 第一部分：仿生计算理论基础与范式演进 本部分深入剖析了自然界中智能涌现的底层逻辑，为理解各类仿生算法奠定坚实的理论基础。 第一章：生命系统的涌现性与复杂性建模 本章首先探讨了复杂系统理论的核心概念，如自组织、非线性动力学、以及临界现象。重点分析了生物群体（如细胞群落、生态系统）如何在局部简单的交互规则下，展现出高度协调的全局智能行为——即“涌现”（Emergence）。这包括对复杂适应系统（CAS）框架的介绍，为后续算法的构建提供理论支撑。同时，本章也梳理了传统优化方法（如线性规划、动态规划）的局限性，突显了仿生范式在处理高维、非凸、多模态问题时的优越性。 第二章：神经计算与人工神经网络的迭代发展 本章回顾了受生物神经系统启发的计算模型。详细介绍了人工神经网络（ANN）的发展历程，重点解析了经典模型如感知机、反向传播算法（BP）的数学原理及适用边界。随后，章节转向更先进的深度学习架构，包括卷积神经网络（CNN）在特征提取方面的优势，以及循环神经网络（RNN）在序列建模中的应用。探讨了如何通过模拟神经元连接的动态可塑性来增强模型的学习能力和泛化能力。 第三章：进化计算的数学基础与参数空间探索 进化计算（Evolutionary Computation, EC）是仿生优化领域的核心分支。本章深入剖析了遗传算法（GA）的遗传操作（选择、交叉、变异）的数学描述，包括适应度函数的构建和收敛性分析。不同于仅关注遗传算法的特定实现，本章更侧重于其背后的进化博弈论视角，探讨了种群多样性维持机制（如Niching Methods）和自适应参数控制策略（如自适应交叉率）。此外，也涵盖了进化策略（ES）和微分进化（DE）在连续空间优化中的独特优势。 --- 第二部分：跨界优化算法的深入剖析与对比研究 本部分超越单一算法的介绍，着重于不同仿生机制间的融合、差异化分析以及在特定优化任务中的适用性评估。 第四章：群集行为的机制建模与多目标优化 本章聚焦于群体智能（Swarm Intelligence, SI）的精髓——信息共享与协同机制。详细分析了粒子群体的速度与位置更新方程的推导过程，并探讨了如何通过引入记忆机制（如自我认知与群体认知）来平衡探索（Exploration）与利用（Exploitation）。重点内容包括：针对多目标优化问题的Pareto前沿追踪方法，如何设计反馈机制确保算法能有效收敛到一组非支配解集，以及如何量化评估解集的分布均匀性。 第五章：基于自然选择的混合优化框架构建 本章探讨了如何结合不同仿生机制的优势，构建更鲁棒的混合优化算法（Hybrid Optimization）。例如，如何将深度学习模型作为环境反馈机制，指导进化算法的搜索方向；或者如何利用群体运动的局部搜索能力来精炼进化算法的全局探索结果。本章详细阐述了“元启发式算法的集成策略”（Integration Strategies），包括串联、并联以及基于决策的混合结构，并提供了数学工具来量化混合带来的性能提升。 第六章：随机性控制与全局最优性保证 仿生优化算法的核心挑战之一是如何避免过早收敛于局部最优解。本章专门探讨了引入随机性和混沌理论来增强搜索能力的方法。深入分析了“模拟退火”（Simulated Annealing, SA）中的温度调度策略，以及如何利用混沌映射（如Logistic Map）产生更均匀的初始扰动。此外，本章还引入了最新的理论成果，如基于信息几何的探索机制，旨在从理论层面解释和预测算法的全局收敛概率。 --- 第三部分：前沿应用与工程实现 本部分将理论与实践紧密结合，展示了仿生优化方法在解决现代工程与科学难题中的强大能力。 第七章：大规模优化问题的求解策略与并行化 面对工业界日益增长的超高维优化需求（例如，数百万变量的优化问题），本章探讨了可扩展性（Scalability）策略。详细介绍了分布式和并行化的仿生算法设计，包括基于代理模型（Surrogate Modeling）的优化方法，用以替代昂贵的真实函数评估。讨论了如何利用高性能计算架构（如GPU集群）来加速种群的迭代过程，并分析了通信延迟对并行优化性能的影响。 第八章：工程设计优化中的应用案例分析 本章通过具体的工程案例，展示了仿生优化在结构设计、控制系统整定和资源调度中的实际效能。案例包括：航空航天结构轻量化设计中的拓扑优化，其中优化目标是结构强度与重量的平衡；电力系统中的无功功率优化，涉及复杂的非线性约束；以及柔性制造系统中的动态调度问题。本章强调了如何将工程领域的具体约束（如边界条件、公差要求）有效地编码到适应度函数和约束处理机制中。 第九章：面向数据的决策支持与不确定性量化 在实际应用中，输入数据往往带有噪声和不确定性。本章探讨了如何将不确定性量化（Uncertainty Quantification, UQ）融入仿生优化框架。介绍了鲁棒优化（Robust Optimization）与随机优化（Stochastic Optimization）的概念，并通过贝叶斯方法，将优化过程转化为对后验概率分布的探索。这使得求解出的最优解不仅性能优良，而且对输入数据的微小变化具有较高的容忍度。 --- 总结： 本书超越了对单一“蚁群算法”或“遗传算法”的简单介绍，而是构建了一个涵盖理论基础、机制对比、混合创新与前沿工程应用的综合性知识体系。它适合于对计算智能、复杂系统建模、运筹学及工程优化感兴趣的高年级本科生、研究生以及致力于解决实际工程挑战的研究人员和工程师。读者在阅读完本书后，将具备独立设计、分析和应用各类仿生优化算法解决复杂问题的能力。

评分☆☆☆☆☆

我必须说，这本书对于我理解机器学习领域的一些核心思想，起到了画龙点睛的作用。起初，我对“智能优化”这个词汇感到有些模糊，总觉得它离我的日常工作有些遥远。然而，当我深入阅读关于“群体协作”和“信息素反馈”的章节时，我豁然开朗。作者通过生动形象的比喻，将复杂的数学公式转化为易于理解的机制，让我明白了为什么这些看似简单的个体，在群体协同下能够爆发出惊人的智慧。特别是对“选择性涌现”这一概念的阐述，让我深刻认识到，宏观层面的智能并非源于个体本身的强大，而是来自于个体之间不断互动、信息传递和反馈循环所产生的 emergent property。这种“少即是多”的哲学思想，在自然界屡见不鲜，而这本书则清晰地展示了如何将其应用于解决工程问题。我开始反思，在我的工作流程中，是否存在可以借鉴这种群体协作的模式，来提升整体的效率和创造力。

评分☆☆☆☆☆

本书最大的价值在于其强大的实践指导意义。很多理论书籍往往停留在概念层面，而这本书则将理论与实际应用紧密结合，为读者提供了可操作的解决方案。书中对于不同行业应用场景的案例分析，比如物流配送、生产调度、甚至是生物医药领域的研发，都给出了详细的建模方法和算法设计思路。作者甚至提供了部分算法的伪代码，方便读者进行参考和实现。这对于像我这样希望将所学知识应用于实际项目的人来说，无疑是极大的便利。我特别喜欢书中关于“参数调优”的章节，这部分内容往往是许多算法落地过程中最容易遇到瓶颈的地方。作者详细分析了不同参数对算法性能的影响，并提供了一些行之有效的调优策略，这让我对如何成功应用蚁群算法充满了信心。读完这本书，我感觉自己已经具备了将蚁群智能应用于解决实际问题的基本能力。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样并非该领域专业出身的读者来说，这本书的可读性超出了我的预期。作者在写作风格上，非常注重引导和解释，避免了大量晦涩难懂的专业术语的堆砌。即使是初次接触到智能优化概念的读者，也能够跟随作者的思路，逐步理解算法的原理和应用。书中大量的图示和表格，将抽象的概念具象化，使得理解过程更加直观和轻松。例如，在介绍最短路径搜索时，作者通过模拟蚂蚁寻找食物的过程，一步步展示了信息素的积累和扩散，直到最终找到最优路径。这种“讲故事”的方式，让学习的过程充满乐趣。我尤其欣赏作者在章节结尾处设置的“思考题”，这些问题能够促使读者主动去思考和探索，将书本上的知识与自己的实际情况相结合，从而加深理解和应用。这本书就像一位循循善诱的老师，耐心地将复杂的知识一点点地传递给我。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的最大惊喜，在于它并非枯燥的技术堆砌。我原本抱着学习蚁群算法原理的心态翻开，但作者却巧妙地将其置于更广阔的应用场景中，让抽象的概念瞬间变得鲜活起来。书中对城市交通网络的优化建模，简直是打开了我新世界的大门。我一直对城市交通拥堵的问题深感头疼，每每想到出行就倍感压力。而这本书则用一种全新的视角，将曾经让我束手无策的难题，转化成了一个个可以通过智能算法求解的数学模型。作者对于路网结构的分析，以及如何将车辆的行驶路径抽象为蚂蚁的觅食行为，逻辑清晰，令人信服。更让我着迷的是，书中给出了具体的算法流程和参数设置的建议，这对于像我这样希望将理论付诸实践的读者来说，无疑是雪中送炭。读着读着，我仿佛置身于一个巨大的蚁群，看着它们如何通过简单的规则，高效地找到了最优的路径，将城市的脉搏梳理得井井有条。这种将自然启发的智能应用于解决现实世界复杂问题的思路，让我对AI的未来充满了无限的遐想。

评分☆☆☆☆☆

这本书的另一个亮点在于其严谨的学术态度和广博的知识视野。作者在介绍蚁群算法的数学原理时，并没有止步于表面的描述，而是深入到其背后的概率论和组合优化理论。对于像我这样有一定数学基础的读者，能够从中获得深刻的启发。书中对不同变种蚁群算法的比较分析，以及对各种参数敏感度的探讨，都显示了作者深厚的功底。更难得的是，作者还将蚁群智能与其他优化算法，如遗传算法、粒子群优化等进行了对比，并分析了各自的优劣势，这对于读者在实际应用中选择最适合的算法，提供了宝贵的参考。我印象最深刻的是，书中引用了大量前沿的学术研究成果，并对未来的发展趋势进行了预测，这让我感觉自己不仅仅是在阅读一本书，而是在与学术界的前沿保持着紧密的联系。这种理论与实践并重，历史与未来兼顾的叙事方式，让我觉得受益匪浅。