Oliver Stein

This textbook is an introduction to global optimization, which treats mathematical facts stringently on the one hand, but also motivates them in great detail and illustrates them with 80 figures. The book is therefore not only aimed at mathematicians, but also at natural scientists, engineers and economists who want to understand and apply mathematically sound methods in their field. With almost two hundred pages, the book provides enough choices to use it as a basis for differently designed lectures on global optimization. The detailed treatment of the global solvability of optimization problems under application-relevant conditions sets a new accent that enriches the stock of previous textbooks on optimization. Using the theory and algorithms of smooth convex optimization, the book illustrates that the global solution of a class of optimization problems frequently encountered in practice is efficiently possible, while for the more difficult-to-handle non-convex problems itdevelops in detail the ideas of branch-and-bound methods. This book is the English translation of the 2nd edition of “Grundzüge der Globalen Optimierung” (Springer, 2021) written in German. The translation was done with the help of artificial intelligence. A subsequent revision was performed by the author to further refine the work and to ensure that the translation is appropriate concerning content and scientific correctness. It may, however, read stylistically different from a conventional translation.

This textbook is an introduction to nonlinear optimization, which treats mathematical concepts stringently on the one hand, but also motivates them in great detail and illustrates them with 42 figures. Therefore, the book is not only aimed at mathematicians, but also at natural scientists, engineers, and economists who want to understand and apply mathematically sound methods in their field. With just over two hundred pages, the book offers sufficient flexibility to serve as a foundation for various types of lectures on nonlinear optimization. Many geometric approaches for understanding both optimality conditions and numerical methods introduce a new perspective, enriching the existing literature on optimization. This is particularly evident in the detailed treatment of issues arising from different functional descriptions of the same geometry of feasible sets, and the thus motivated introduction of constraint qualifications for deriving derivative-based optimality conditions. This book is the English translation of the second edition of “Grundzüge der Nichtlinearen Optimierung” (Springer, 2021) written in German. The translation was done with the help of artificial intelligence. A subsequent revision was performed by the author to further refine the work and to ensure that the translation is appropriate concerning content and scientific correctness. It may, however, read stylistically different from a conventional translation.

Dieses Lehrbuch gibt eine verständliche Einführung in die gemischt-ganzzahlige Optimierung, die mathematische Sachverhalte einerseits stringent behandelt, sie aber andererseits auch sehr ausführlich motiviert und mit vielen Abbildungen illustriert. Grundlegende Lösungstechniken werden anhand von begleitenden Beispielen entwickelt, und die ausführliche Diskussion von Granularität setzt einen neuen Akzent, der den Bestand der bisherigen Lehrbücher zur gemischt-ganzzahligen Optimierung bereichert. Das Buch richtet sich daher an Personen aus verschiedenen Fachbereichen wie Mathematik, Naturwissenschaften, Ingenieurwissenschaften und Wirtschaftswissenschaften, die mathematisch fundierte Verfahren in ihrem Gebiet verstehen und anwenden möchten. Zudem stellt das Buch genügend Auswahlmöglichkeiten zur Verfügung, um es als Grundlage für unterschiedlich angelegte Vorlesungen zur gemischt-ganzzahligen Optimierung zu verwenden.

Das vorliegende Lehrbuch ist eine Einführung in das Operations Research, die mathematisch stringent vorgeht, ohne jedoch den Leser mit Beweisen zu überfrachten. Stattdessen werden die mathematischen Sachverhalte ausführlich begründet und durch weit mehr als einhundert Abbildungen illustriert. Das Buch ist gleichermaßen für Ingenieure, Mathematiker und Wirtschaftswissenschaftler geeignet. Mit mehr als vierhundert Seiten stellen die Autoren genügend Auswahlmöglichkeiten zur Verfügung, um es als Grundlage für unterschiedlich angelegte Operations-Research-Vorlesungen zu verwenden. Darüber hinaus setzt dieses Buch an den richtigen Stellen neue Akzente und bereichert den Bestand der bisherigen Lehrbücher zu diesem Fachgebiet. Ein ausführlicher Anhang verdeutlicht die für das Verständnis des Buches notwendigen mathematischen Grundkonzepte, um den unterschiedlichen Voraussetzungen in der Vielfalt der Bachelor- und Masterprogramme Rechnung zu tragen. Die korrigierte und erweiterte dritte Auflage dieses Buches erhält ein neues, ausführliches Kapitel zur stochastischen Optimierung.

Dieses Lehrbuch gibt eine verständliche Einführung in die konvexe Analysis, die mathematische Sachverhalte einerseits stringent behandelt, sie aber andererseits auch sehr ausführlich motiviert und mit vielen Abbildungen illustriert. Die Resultate werden anhand der geometrisch leicht nachvollziehbaren Fragestellung entwickelt, wie sich Hindernismengen und Verbotszonen mit garantierten Sicherheitsabständen modellieren lassen. Der Stoffaufbau mittels dieses durchgängigen Beispiels setzt einen neuen Akzent, der den Bestand der bisherigen Lehrbücher zur konvexen Analysis bereichert. Die erzielten Ergebnisse werden zudem auf nichtglatte konvexe Optimierungsprobleme angewendet, die in den Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften eine wichtige Rolle spielen. Das Buch richtet sich daher nicht nur an Mathematiker, sondern auch an Natur-, Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaftler, die mathematisch fundierte Verfahren in ihrem Gebiet verstehen und anwenden möchten. Für Dozenten stellt dasBuch genügend Auswahlmöglichkeiten zur Verfügung, um es als Grundlage für unterschiedlich angelegte Vorlesungen zur konvexen Analysis zu verwenden.

Das vorliegende Lehrbuch ist eine Einführung in die globale Optimierung, die mathematische Sachverhalte einerseits stringent behandelt, sie aber andererseits auch sehr ausführlich motiviert und mit 85 Abbildungen illustriert. Das Buch richtet sich daher nicht nur an Mathematiker, sondern auch an Natur-, Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaftler, die mathematisch fundierte Verfahren in ihrem Gebiet verstehen und anwenden möchten. Mit fast zweihundert Seiten stellt das Buch genügend Auswahlmöglichkeiten zur Verfügung, um es als Grundlage für unterschiedlich angelegte Vorlesungen zur globalen Optimierung zu verwenden. Die ausführliche Behandlung der globalen Lösbarkeit von Optimierungsproblemen unter anwendungsrelevanten Voraussetzungen setzt dabei einen neuen Akzent, der den Bestand der bisherigen Lehrbücher zur Optimierung bereichert. Anhand von Theorie und Algorithmen der glatten konvexen Optimierung verdeutlicht das Buch, dass die globale Lösung einer in der Praxis häufig auftretenden Klasse von Optimierungsproblemen effizient möglich ist, während es für die schwerer handhabbaren nichtkonvexen Probleme ausführlich die Ideen von Branch-and-Bound-Verfahren entwickelt. Die vorliegende zweite Auflage wurde überarbeitet und um einige Passagen ergänzt.

Das vorliegende Lehrbuch ist eine Einführung in die nichtlineare Optimierung, die mathematische Sachverhalte einerseits stringent behandelt, sie aber andererseits auch sehr ausführlich motiviert und mit 42 Abbildungen illustriert. Das Buch richtet sich daher nicht nur an Mathematiker, sondern auch an Natur-, Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaftler, die mathematisch fundierte Verfahren in ihrem Gebiet verstehen und anwenden möchten. Mit etwas mehr als zweihundert Seiten stellt das Buch genügend Auswahlmöglichkeiten zur Verfügung, um es als Grundlage für unterschiedlich angelegte Vorlesungen zur nichtlinearen Optimierung zu verwenden. Viele geometrische Ansätze für das Verständnis sowohl von Optimalitätsbedingungen als auch von numerischen Verfahren setzen dabei einen neuen Akzent, der den Bestand der bisherigen Lehrbücher zur Optimierung bereichert. Dies betrifft insbesondere die ausführliche Behandlung der Probleme, die durch verschiedene funktionale Beschreibungen derselbenGeometrie der Menge zulässiger Punkte entstehen können, und die dadurch motivierte Einführung von Constraint Qualifications für die Herleitung ableitungsbasierter Optimalitätsbedingungen. Die vorliegende zweite Auflage wurde überarbeitet und um einige Passagen ergänzt.

Dieses Lehrbuch gibt eine verständliche Einführung in die parametrische Optimierung, die mathematische Sachverhalte einerseits stringent behandelt, sie aber andererseits auch sehr ausführlich motiviert und mit vielen Abbildungen illustriert. Die vorwiegend geometrische Herleitung von zentralen Stabilitätsresultaten setzt dabei einen neuen Akzent, der den Bestand der bisherigen Lehrbücher zur parametrischen Optimierung bereichert. Die Stabilitäts- und Sensitivitätsergebnisse werden nicht nur mit speziellen ökonomischen Fragestellungen illustriert, sondern auch auf größere Problemklassen wie Nash-Spiele und die semi-infinite Optimierung angewendet, die in den Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften wichtige eine Rolle spielen. Das Buch richtet sich daher nicht nur an Mathematiker, sondern auch an Natur-, Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaftler, die mathematisch fundierte Verfahren in ihrem Gebiet verstehen und anwenden möchten. Für Dozenten stellt das Buch genügend Auswahlmöglichkeiten zur Verfügung, um es als Grundlage für unterschiedlich angelegte Vorlesungen zur parametrischen Optimierung zu verwenden.

Semi-infinite optimization is a vivid field of active research. Recently semi­ infinite optimization in a general form has attracted a lot of attention, not only because of its surprising structural aspects, but also due to the large number of applications which can be formulated as general semi-infinite programs. The aim of this book is to highlight structural aspects of general semi-infinite programming, to formulate optimality conditions which take this structure into account, and to give a conceptually new solution method. In fact, under certain assumptions general semi-infinite programs can be solved efficiently when their bi-Ievel structure is exploited appropriately. After a brief introduction with some historical background in Chapter 1 we be­ gin our presentation by a motivation for the appearance of standard and general semi-infinite optimization problems in applications. Chapter 2 lists a number of problems from engineering and economics which give rise to semi-infinite models, including (reverse) Chebyshev approximation, minimax problems, ro­ bust optimization, design centering, defect minimization problems for operator equations, and disjunctive programming.

Die deutsche Heeresr stung in der wilhelminischen Zeit wurde von einer auffallend ungleichm igen Entwicklung gepr gt. Auf eine langanhaltende zahlenm ige Stagnation folgte in den Jahren 1912/13 eine Phase hektischer Auf-r stung. Die Forschung hat bislang die r stungspolitische Zur ckhaltung vorrangig mit einer systemstabilisierenden Funktion der Armee erkl rt, die Aufr stung kurz vor Ausbruch des Krieges dann mit dem Aufstieg einer radikalen Form des Militarismus. Die vorliegende Studie, die zahlreiche Facetten der Heeresr stungspolitik untersucht, widmet sich intensiv dem innermilit rischen R stungsdiskurs. Hier war, so ein Befund der Arbeit, der Antagonismus von Qualit t und Quantit t f r die R stungspolitik pr gend. Vor allem aber r ckt das Buch die Beziehung zwischen der milit rischen und der politischen F hrung - repr sentiert durch Kriegsminister und Reichskanzler - in den Fokus. Unter Verwendung zahlreicher Quellen weist Oliver Stein nach, dass die Heeresr stung im Kaiserreich deutlich unter dem vom Reichskanzler verfochtenen Primat der Politik stand.

Semi-infinite optimization is a vivid field of active research. Recently semi­ infinite optimization in a general form has attracted a lot of attention, not only because of its surprising structural aspects, but also due to the large number of applications which can be formulated as general semi-infinite programs. The aim of this book is to highlight structural aspects of general semi-infinite programming, to formulate optimality conditions which take this structure into account, and to give a conceptually new solution method. In fact, under certain assumptions general semi-infinite programs can be solved efficiently when their bi-Ievel structure is exploited appropriately. After a brief introduction with some historical background in Chapter 1 we be­ gin our presentation by a motivation for the appearance of standard and general semi-infinite optimization problems in applications. Chapter 2 lists a number of problems from engineering and economics which give rise to semi-infinite models, including (reverse) Chebyshev approximation, minimax problems, ro­ bust optimization, design centering, defect minimization problems for operator equations, and disjunctive programming.