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非局部连续性方程的最优控制:数值解。 (英语) Zbl 1525.49021号

摘要:本文研究概率测度空间上非局部连续方程的最优集合控制问题。我们承认一般的非线性代价泛函,以及直接控制驱动向量场的非局部项的选项。针对这个问题,我们设计了一种基于Pontryagin最大值原理(PMP)的下降法。为此,我们导出了一种具有解耦哈密顿系统的PMP的新形式。具体地,我们提取了符号测度空间上线性非局部平衡律的伴随系统,并证明了它的适定性。作为所设计下降法的实现,我们提出了一种带回溯的间接确定性数值算法。我们通过处理一个涉及相互作用振子群的Kuramoto型模型的简单案例,证明了算法的收敛性并说明了其工作方式。

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49千20 偏微分方程问题的最优性条件
49J45型 涉及半连续性和收敛性的方法;放松
93C20美元 偏微分方程控制/观测系统
49公里40 灵敏、稳定、良好

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参考文献:

[1] Ambrosio,L.、Gigli,N.、Savaré,G.:梯度流。In:度量空间和概率测度空间。数学讲座ETH Zürich。Birkhäuser,波士顿(2005年)·邮编1090.35002
[2] 阿农齐亚托,M。;《多维随机过程的福克-普朗克控制框架》,博尔兹·A著,J.Compute。申请。数学。,237, 1, 487-507 (2013) ·Zbl 1251.35196号 ·doi:10.1016/j.cam.2012.06.019
[3] Arguchintsev,AV;弗吉尼亚州迪赫塔;弗吉尼亚州Srochko,《最优控制:非局部条件、计算方法和最大值变分原理》,Russ.Math。,53, 1, 1-35 (2009) ·Zbl 1183.49003号 ·doi:10.3103/S1066369X09010010
[4] Aubin,J.P.,Frankowska,H.:集值分析。现代Birkhauser经典。Birkhäuser,波士顿(2009年)·Zbl 1168.49014号
[5] Averboukh,Y.,Krasovskii-Subbotin平均场型微分对策方法,Dyn。游戏应用。,9, 573-593 (2018) ·Zbl 1431.91025号 ·doi:10.1007/s13235-018-0282-6
[6] Averboukh,Y.,确定性平均场型控制系统的生存性定理,集值变量分析。,26, 4, 993-1008 (2018) ·Zbl 1406.49052号 ·doi:10.1007/s11228-018-0479-2
[7] Averboukh,Y.,Khlopin,D.:通过拉格朗日方法求解确定性平均场型最优控制问题的Pontryagin最大值原理(2022)。arXiv:2207.01892
[8] Bongini,M。;Fornasier,M。;罗西,F。;Solombrino,F.,Mean-field Pontryagin极大值原理,J.Optim。理论应用。,175, 1, 1-38 (2017) ·Zbl 1386.49003号 ·doi:10.1007/s10957-017-1149-5
[9] Bonnet,B.,Wasserstein空间中约束最优控制问题的Pontryagin极大值原理,ESAIM,25,52(2019)·Zbl 1442.49025号
[10] 阀盖,B。;Frankowska,H.,Wasserstein空间中最优控制问题的必要最优性条件,应用。数学。最佳。,84、S2、1281-1330(2021年)·Zbl 1486.30151号 ·doi:10.1007/s00245-021-09772-w
[11] 阀盖,B。;Rossi,F.,Wasserstein空间中的Pontryagin最大原理,Calc.Var.Partial。不同。Equ.、。,58, 1, 11 (2019) ·Zbl 1404.49016号 ·doi:10.1007/s00526-018-1447-2
[12] 阀盖,B。;Rossi,F.,平均场最优控制的内在Lipschitz正则性,SIAM J.控制。最佳。,59, 3, 2011-2046 (2021) ·Zbl 1466.35068号 ·数字对象标识代码:10.1137/20M1321474
[13] 阀盖,B。;Cipriani,C。;Fornasier,M。;Huang,H.,训练神经元平均场最大值原理的测量理论方法,非线性分析。,227 (2023) ·兹比尔1503.49005 ·doi:10.1016/j.na.2022.113161
[14] Boyd,JP,Chebyshev and Fourier Spectral Methods(2001),纽约:多佛出版公司,纽约·Zbl 0994.65128号
[15] Bressan,A。;Piccoli,B.,《控制数学理论导论》。AIMS应用数学系列(2007),斯普林菲尔德:美国数学科学研究所,斯普林菲尔德·Zbl 1127.93002号
[16] Burger,M.,Pinnau,R.,Totzeck,C.,Tse,O.:概率测度空间中的平均场最优控制和最优性条件。SIAM J.控制。最佳方案。59(2), 977-1006 (2021) ·Zbl 1460.49019号
[17] Cardaliaguet,P.:措施空间分析(2019年)。https://dottorato.math.unipd.it/sites/default/files/Pierre_Cardaliaguet.pdf ·Zbl 1428.35606号
[18] Cardaliaguet,P.,Delarue,F.,Lasry,J.-M.,Lions,P.-L.:平均场游戏中的主方程和收敛问题。Ann,第201卷。数学。研究生,普林斯顿大学出版社,普林斯顿(2019)·Zbl 1430.91002号
[19] 卡莫纳,R。;Delarue,F.,前向随机微分方程和受控McKean-Vlasov动力学,Ann.Probab。,43, 5, 2647-2700 (2015) ·Zbl 1322.93103号 ·doi:10.1214/14-AOP946
[20] Carrillo,J.A.、Fornasier,M.、Toscani,G.、Vecil,F.:群集的粒子、动力学和流体动力学模型。摘自:《社会经济与生命科学中集体行为的数学建模》,第297-336页。Birkhäuser,波士顿(2010年)·Zbl 1211.91213号
[21] 加利福尼亚州卡里略;Choi,Y-P;Hauray,M.,《群聚模型的推导:平均场极限和Wasserstein距离》,1-46(2014),维也纳:施普林格出版社,维也纳
[22] 卡斯廷,C。;德菲特,P。;Valadier,M.,拓扑空间上的Young测度:在控制理论和概率论中的应用。《数学及其应用》(2004),多德雷赫特:施普林格·Zbl 1067.28001号 ·doi:10.1007/1-4020-1964-5
[23] 卡瓦格纳里,G。;Marigonda,A。;Nguyen,KT;Priuli,FS,概率测度空间中的广义控制系统,集值变量分析。,26, 3, 663-691 (2018) ·兹比尔1400.93330 ·doi:10.1007/s11228-017-0414-y
[24] 卡瓦格纳里,G。;Lisini,S。;Orrieri,C。;Savaré,G.,Lagrangian,Eulerian和Kantorovich多智能体最优控制问题的公式:等价性和伽马收敛,J.Differ。Equ.、。,322, 268-364 (2022) ·Zbl 1492.49038号 ·doi:10.1016/j.jde.2022.03.019
[25] 科伦坡,RM;Herty,M。;Mercier,M.,用非局部流控制连续性方程,ESAIM,17,2,353-379(2011)·Zbl 1232.35176号
[26] 克里斯蒂亚尼,E。;Frasca,P。;Piccoli,B.,《各向异性相互作用对动物群体结构的影响》,J.Math。生物学,62,569-88,04(2011)·Zbl 1232.92077号 ·doi:10.1007/s00285-010-0347-7
[27] Cucker,F。;Smale,S.,《群体中的紧急行为》,IEEE Trans。自动。控制,52,5,852-862(2007)·Zbl 1366.91116号 ·doi:10.1109/TAC.2007.895842
[28] Dobrushin,RL,Vlasov方程,Funct。分析。申请。,13, 2, 115-123 (1979) ·Zbl 0422.35068号 ·doi:10.1007/BF01077243
[29] Fornasier,M。;Solombrino,F.,Mean-field最优控制,ESAIM,20,4,1123-1152(2014)·Zbl 1305.49004号
[30] Fornasier,M。;毕赤酵母,B。;Rossi,F.,Mean-field稀疏最优控制,Philos。事务处理。R.Soc.A,37220130400(2014)·Zbl 1353.49014号 ·doi:10.1098/rsta.2013.0400
[31] Fornasier,M。;Lisini,S。;Orrieri,C。;Savaré,G.,有限代理控制的平均场最优控制作为Gamma极限,Eur.J.Appl。数学。,30, 6, 1153-1186 (2019) ·Zbl 1427.35302号 ·doi:10.1017/S095679251900044
[32] 弗里戈,M。;Johnson,SG,FFTW3的设计和实现,Proc。IEEE,93,2,216-231(2005)·doi:10.1109/JPROC.2004.840301
[33] Gigli,N.:关于赋予二次最优运输距离的概率测度空间的几何。异议。博士论文(2008)
[34] Jabir,J.-F.,Siska,D.,Szpruch,L.:通过放松最优控制的平均场神经节点(2019年)。arXiv:1912.05475号
[35] Ko,D。;Zuazua,E.,用于指导问题的随机批处理方法模型预测控制,数学。模型方法应用。科学。,31, 8, 1569-1592 (2021) ·Zbl 1476.49038号 ·doi:10.1142/S0218202521500329
[36] Kuramoto,Y.,《化学振荡、波浪和湍流》。多佛化学图书(2003),米内奥拉:多佛出版公司,米内奥拉·Zbl 0558.76051号
[37] 雷恩,CR,《相同θ神经元网络的动力学》,J.Math。神经科学。,8, 1, 4 (2018) ·Zbl 1395.92040号 ·doi:10.1186/s13408-018-0059-7
[38] Marigonda,A。;Quincampoix,M.,初始位置上具有概率不确定性的Mayer控制问题,J.Differ。Equ.、。,264, 5, 3212-3252 (2018) ·兹比尔1392.49040 ·文件编号:10.1016/j.jde.2017.11.014
[39] Mogilner,A。;Edelstein-Keshet,L.,群的非局部模型,J.Math。《生物学》,38,6,534-570(1999)·Zbl 0940.92032号 ·doi:10.1007/s002850050158
[40] Pham,H.,Warin,X.:Mean-field神经网络:Wasserstein空间上的学习映射(2022)。arXiv:2210.15179
[41] 毕赤酵母,B。;Rossi,F.,《Wasserstein空间中具有非局部速度的输运方程:数值格式的收敛性》,《应用学报》。数学。,124, 1, 73-105 (2013) ·兹比尔1263.35202 ·doi:10.1007/s10440-012-9771-6
[42] Piccoli,B.,Rossi,F.:人群动力学的测量理论模型。在:科学建模与仿真。工程与技术,第137-165页。施普林格,巴塞尔(2018)·Zbl 1410.91375号
[43] Pogodaev,N.,连续性方程最优控制的数值算法,CEUR Workshop Proc。,467-474, 2017 (1987)
[44] Pogodaev,N.,连续性方程的最优控制,NoDEA非线性微分。埃克。申请。,23, 2, 21-24 (2016) ·Zbl 1337.49007号 ·doi:10.1007/s00030-016-0357-2
[45] Pogodaev,N.,《度量空间中动态游戏的程序策略》,Optim。莱特。,13, 8, 1913-1925 (2019) ·Zbl 1430.91023号 ·doi:10.1007/s11590-018-1318-y
[46] 波哥达耶夫,N。;Staritsyn,M.,非局部输运方程的脉冲控制,J.Differ。Equ.、。,269, 4, 3585-3623 (2020) ·Zbl 1439.49062号 ·doi:10.1016/j.jde.2020.03.007
[47] 波哥达耶夫,新泽西州;Staritsyn,MV,符号测度空间中带参数的非局部平衡方程,Sbornik。数学。,213, 1, 63-87 (2022) ·Zbl 1486.35405号 ·doi:10.1070/SM9516
[48] Sinigaglia,C.,Braghin,F.,Berman,S.:平均场Kuramoto模型中速度和非局部相互作用的最优控制。收录于:2022年美国控制会议(ACC),第290-295页(2022年)
[49] Staritsyn,M。;波哥达耶夫,N。;切尔托夫斯基,R。;Pereira,FL,局部连续性方程集成控制的反馈最大值原理:监督机器学习的应用,IEEE控制系统。莱特。,6, 1046-1051 (2022) ·doi:10.1109/LCSYS.2021.3089139
[50] E.渭南。;Han,J。;Li,Q.,深度学习的平均场最优控制公式,研究数学。科学。,6, 1, 10 (2018) ·Zbl 1421.49021号
[51] Zuazua,E.,平均控制,Automatica,50,12,3077-3087(2014)·兹比尔1309.93029 ·doi:10.1016/j.automatica.2014.10.054
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