工程優(yōu)化

前言

　　工程優(yōu)化理論的發(fā)展與完善，并應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)，是工程設(shè)計(jì)從傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法向現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法轉(zhuǎn)變的一個(gè)主要標(biāo)志。它極大地提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平，最大限度地縮短設(shè)計(jì)周期和降低費(fèi)用，節(jié)省能耗。因此，它是一門涵蓋幾乎所有工程領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)和工程設(shè)計(jì)的優(yōu)化方法?！　」こ虄?yōu)化的理論與方法，廣義上說(shuō)應(yīng)該包含專用的和通用的兩大領(lǐng)域。通用的是指對(duì)工程優(yōu)化理論和方法進(jìn)行較全面的闡述并給出相應(yīng)的實(shí)施步驟和算法；專用的是針對(duì)某一具體工程設(shè)計(jì)要求，選擇通用優(yōu)化理論中適用該工程要求的算法并將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)加以綜合，形成具有工程針對(duì)性的一種工程優(yōu)化理論與算法。　　作者從20世紀(jì)80年代開(kāi)始從事工程優(yōu)化的教學(xué)和工程應(yīng)用研究，積累了一些經(jīng)驗(yàn)。深感有必要在研究應(yīng)用的基礎(chǔ)上，編著一本可以適用于力學(xué)專業(yè)高年級(jí)本科生和機(jī)械、土木、材料、航空及化工類研究生閱讀的教材。本書編寫將充分體現(xiàn)以學(xué)生為本，以教師為本，內(nèi)容深度上力求兼顧學(xué)科發(fā)展和讀者的實(shí)際水平及工程應(yīng)用需求?！　⊥瑫r(shí)，考慮到目前商用軟件的普及，絕大多數(shù)商業(yè)通用軟件中都包含了優(yōu)化程序模塊，人們可以方便地加以調(diào)用。因此，現(xiàn)在已很少有入再花費(fèi)大量時(shí)間、精力，獨(dú)立地為某個(gè)項(xiàng)目去編制工程優(yōu)化程序了。但鑒于工程優(yōu)化應(yīng)用范圍的廣泛性和優(yōu)化算法本身具有很大的靈活性、選擇性，因此不可能像一般有限元分析程序那樣簡(jiǎn)單劃一，而且需要讀者掌握工程優(yōu)化的基本理論與常用算法，以便依據(jù)各自的需求，有選擇地應(yīng)用商用軟件中相應(yīng)程序模塊。鑒于上述想法，本書編寫注重于工程優(yōu)化的基本理論和算法的介紹，并結(jié)合工程應(yīng)用的需求向讀者展示如何使用商用軟件解決工程問(wèn)題?！　∪珪?0章：　　第1章綜合闡述現(xiàn)代工程優(yōu)化的形成、發(fā)展，以及它的數(shù)學(xué)描述和分類，向讀者展示工程優(yōu)化的輪廓及現(xiàn)狀。　　第2章簡(jiǎn)要討論工程優(yōu)化中最為簡(jiǎn)單，也是發(fā)展最為成熟的線性規(guī)劃方法?！　〉?、4章介紹非線性規(guī)劃中的無(wú)約束規(guī)劃和有約束規(guī)劃，這兩章也是本書的重點(diǎn)，比較系統(tǒng)和全面地介紹了該方向目前常用算法和應(yīng)用。

內(nèi)容概要

本書主要介紹工程優(yōu)化的基本原理、技術(shù)思路、常用算法及在工程中的應(yīng)用。主要內(nèi)容包括線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、幾何規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、隨機(jī)規(guī)劃以及準(zhǔn)則算法、智能算法等多種優(yōu)化方法的原理，算法實(shí)施及收斂性討論。最后介紹如何應(yīng)用商業(yè)軟件中的優(yōu)化模塊實(shí)施工程優(yōu)化設(shè)計(jì)?！　”緯鴥?nèi)容廣泛，算法介紹較全面，并有結(jié)合工程優(yōu)化的算例。本書可作為機(jī)械工程、土木工程、水利工程、材料工程、動(dòng)力工程和航空航天及化工等專業(yè)研究生和力學(xué)專業(yè)高年級(jí)本科生教材，也可作為從事相關(guān)領(lǐng)域工程優(yōu)化設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員及科技工作者的閱讀參考書。

書籍目錄

前言第1章　緒論　1.1　引言　1.2　數(shù)學(xué)描述與分類　1.3　工程優(yōu)化的簡(jiǎn)要數(shù)學(xué)基礎(chǔ)第2章　線性規(guī)劃　2.1　線性規(guī)劃的規(guī)范形式　2.2　線性規(guī)劃的幾何解釋與單純形法　2.3　兩階段單純形法與修正單純形法　2.4　對(duì)偶問(wèn)題　2.5　靈敏度分析及其他　習(xí)題第3章　無(wú)約束規(guī)劃　3.1　引言　3.2　一維搜索　3.3　梯度法　3.4　牛頓法與擬牛頓法　3.5　共軛方向法　3.6　變尺度法　3.7　n維極值的直接解法　習(xí)題第4章　約束非線性規(guī)劃　4.1　引言　4.2　序列線性方法　4.3　可行方向法　4.4　投影梯度法與簡(jiǎn)約梯度法　4.5　罰函數(shù)法　4.6　優(yōu)化策略與方向加速措施　4.7　直接解法　4.8　二次規(guī)劃　習(xí)題第5章　幾何規(guī)劃　5.1　引言　5.2　正定幾何規(guī)劃　5.3　廣義幾何規(guī)劃　5.4　幾何規(guī)劃問(wèn)題的迭代解法　習(xí)題第6章　動(dòng)態(tài)規(guī)劃　6.1　引言　6.2　動(dòng)態(tài)規(guī)劃的解析算法及最優(yōu)化原則　6.3　動(dòng)態(tài)規(guī)劃的數(shù)值解法　6.4　動(dòng)態(tài)規(guī)劃的幾點(diǎn)推廣　習(xí)題第7章　整數(shù)規(guī)劃　7.1　引言　7.2　割平面法　7.3　0-1規(guī)劃　習(xí)題第8章　其他工程優(yōu)化方法　8.1　引言　8.2　隨機(jī)規(guī)劃　8.3　準(zhǔn)則法　8.4　神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法　8.5　變分算法　8.6　結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化　習(xí)題第9章　結(jié)構(gòu)優(yōu)化的工程應(yīng)用　9.1　引言　9.2　結(jié)構(gòu)優(yōu)化與結(jié)構(gòu)分析　9.3　MSC.NASTRAN的結(jié)構(gòu)優(yōu)化功能　9.4　MSC.NASTRAN基本結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型　9.5　尺寸優(yōu)化　9.6　形狀優(yōu)化　9.7　拓?fù)鋬?yōu)化　習(xí)題第10章　水工結(jié)構(gòu)應(yīng)用實(shí)例　10.1　水工結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化設(shè)計(jì)　10.2　水工結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　第1章　緒論　　1.1　引言　　工程優(yōu)化，顧名思義是尋求最佳的工程效益，或最佳工程設(shè)計(jì)方案。也就是說(shuō)，優(yōu)化是在給定的約束條件下，從眾多的可能產(chǎn)生的方案中獲取最好結(jié)果的行為。在任何工程系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)中，工程師和專家必須在各個(gè)階段采用多種手段加以決策和審定，所有這些決策和審定的目標(biāo)無(wú)非是使完成某一階段任務(wù)時(shí)，希望花費(fèi)最小的代價(jià)以期獲得最大的效益，最終達(dá)到整個(gè)工程系統(tǒng)的最佳結(jié)果。這就是所謂工程優(yōu)化。　　事實(shí)上，優(yōu)化自人類文明社會(huì)開(kāi)始以來(lái)，一直是人們?cè)谏a(chǎn)和社會(huì)活動(dòng)中追求的目標(biāo)。諸如古代歷史上戰(zhàn)爭(zhēng)武器的不斷改進(jìn)，戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)水平的不斷提高，生產(chǎn)工具的不斷創(chuàng)新，居住條件和生存環(huán)境的不斷改善，等等，這都是人們追求優(yōu)化的必然產(chǎn)物。但是，這種改善和提高都是建立在以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，并已為長(zhǎng)期實(shí)踐證明是可行的。雖然它們都是人類發(fā)展進(jìn)程中的寶貴財(cái)富，但不一定是最好的。同時(shí)，它還受到當(dāng)時(shí)歷史條件下經(jīng)驗(yàn)的局限性所制約。隨著社會(huì)的進(jìn)步，新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，很多經(jīng)驗(yàn)已不能適應(yīng)生產(chǎn)力發(fā)展的需要，并且在現(xiàn)代工程的很多領(lǐng)域（例如航天領(lǐng)域和核工程領(lǐng)域）不可能積累很多經(jīng)驗(yàn)，這就是產(chǎn)生現(xiàn)代優(yōu)化學(xué)科的時(shí)代背景?，F(xiàn)代優(yōu)化作為一門學(xué)科，它在20世紀(jì)40年代開(kāi)始發(fā)展，給出嚴(yán)格的定義，并建立了數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)科學(xué)的推論、運(yùn)算，進(jìn)而給出符合邏輯的優(yōu)化結(jié)論。　　……

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