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土木系统工程 2

已有 1473 次阅读 2019-4-19 09:08 |个人分类:RnR|系统分类:教学心得

《土木系统工程》(Civil Engineering Systems)终于结课,今天完成最后一次答疑,下周一考试。算下来这门课我已经上了七次了。七年了,总得痒一下。

关于这门课程,之前介绍过一次,见土木系统工程

三月底去阿布扎比的纽约大学开了一个小会,晚上喝酒时大家用酒一勾兑,才发现好几个人都在教这门课。于是大家纷纷介绍自己是怎么教这门课的。这些人当中,其中一位是普度大学的Samuel Labi,他写了一本书 《Civil Engineering Systems》(参见《土木工程系统》书评)Labi教授特别强调他有意不教太多数学,虽然他说的理由并没有让我信服。苏黎世理工的Adey教授也还教单纯形法,但他的重点似乎在Benefit-Cost Analysis,在优化工具上,他允许用简单的Excel,以及R语言。台湾大学的朱教授则采用Cplex程序库,更多的强调formulation。相对来讲,我的课还是偏数学偏难,对助教和学生的要求都可能过高。

下面是大纲,总共十三周,每周三小时。扣除一周考试,实际只有十二周,三十六个课时。

Wk01 概述与复习(Overview & Review),重点在Systems thinking 的四个方面:尺度、全寿命、不确定性、人与社会

Wk02 决策优化建模(Decision Optimization Formulation),重点介绍:(1)工程 = 设计 + 管理 = 决策 = “优化”;(2)优化模型的五要素(决策变量、优化目标或准则、约束、决策参数、系统模型);(3)实例

Wk03  线性规划I (Linear Programming I),重点在建模、优化解的特征、单纯形法

Wk04  线性规划II(Linear Programming II),重点在敏感性分析

Wk05  网络规划,实际上我并没有介绍专门的网络规划的算法,重点仍在线性规划问题的建模与土木工程应用。

Wk06 整数规划:建模、分枝限界法、土木工程应用

Wk07 动态规划:建模、网络表示、应用。难点在状态变量的选择及其与决策变量的关系

Wk08 非线性规划:建模、KKT条件、应用

Wk09 多目标优化与多准则决策 (Multiobjective optimization & multicriteria decision making): 重点在于Pareto frontier,介绍AHP法

Wk10 不确定性决策 (Decision making under uncertainty):重点在期望值决策准则、决策树、贝叶斯更新、信息价值(Value of Information)。对于博弈及均衡一句略过。

Wk11 随机系统分析:风险的定义、一次二阶矩法(略)、蒙特卡洛法

Wk12 随机系统设计:基于可靠度的设计、可靠指标、分项系数的可靠度意义

课程除了四次作业,一个小组大作业group project. 全程使用MATLAB.

有待完完善之处:(1)将group project的口头报告前置,与建模以及性能指标及优化目标等概念结合,进一步加强对performance-based design and management的理解与应用,新增第三周介绍Performance Measures。(2)进一步完善从数据到决策全链的整合,加强不确定性的量化。(3)将优化方法缩减,先介绍KKT条件,再介绍线性规划。(4) 进一步增大基础设施资产管理占全课的比重,强化现代土木工程系统的渐近演化性质以及对未来土木工程职业的影响的理解。



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