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寻找不稳定周期轨道:多项式优化的混合方法。 (英语) Zbl 1485.93237号

摘要:我们提出了一种计算不稳定周期轨道(UPO)的新方法,该方法优化多项式ODE系统给定数量的无穷时间平均值。UPO搜索过程依赖于多项式优化来构造非负多项式,其子级集近似地定位了最优UPO的部分,并可用于实施简单而有效的控制策略来减少UPO的不稳定性。准确地说,我们构造了一类由标量(k)参数化的受控ODE系统,使得原始ODE系统在(k=0)时恢复,并且对于(k>0),最优轨道的不稳定性更小,甚至更稳定。受控系统的周期轨道通常可以用传统方法更容易收敛,并且(k)中的数值延拓允许恢复原始系统的最优UPO。该方法在具有混沌动力学的三维低维常微分方程系统上的有效性得到了证明。

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93立方厘米 由常微分方程控制的控制/观测系统
93立方厘米 控制理论中的非线性系统
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参考文献:

[1] Cvitanović,P.,作为经典和量子混沌骨架的周期轨道,《物理学D》,51,138-151(1991)·Zbl 0744.58013号
[2] 阿图索,R。;Aurell,E。;Cvitanovic,P.,奇异集的循环:I.循环展开,非线性,3325-359(1990)·Zbl 0702.58064号
[3] Cvitanović,P.,周期轨道的动态平均,Physica D,83,109-123(1995)·Zbl 1194.37051号
[4] Kelley,C.,用牛顿法求解非线性方程,Fundam。算法(2003),SIAM:SIAM Philadelphia·Zbl 1031.65069号
[5] 阿舍尔,U.M。;Mattheij,R.M.M。;Russell,R.D.,常微分方程边值问题的数值解,经典应用。数学。,132-184(1995),SIAM:费城SIAM·Zbl 0843.65054号
[6] Cvitanović,P。;阿图索,R。;Mainieri,R。;Tanner,G。;Vattay,G.,《混沌:经典与量子》(2017),尼尔斯·玻尔研究所:哥本哈根尼尔斯·波尔研究所(15.9版)
[7] Lan,Y。;Cvitanović,P.,求一般流中周期轨道的变分方法,Phys。E版,69,第016217条,pp.(2004)
[8] Bogosian,B.M。;Fazendeiro,L.M。;Lätt,J。;Tang,H。;Coveney,P.V.,定位微分方程周期轨道的新变分原理,Philos。事务处理。罗伊。Soc.A,3692211-2218(2011年)·Zbl 1223.76070号
[9] Fazendeiro,L。;Bogosian,B.M。;Coveney,P.V.公司。;Lätt,J.,《弱湍流中的不稳定周期轨道》,J.Compute。科学。,1, 13-23 (2010)
[10] 钱德勒,G.J。;Kerswell,R.R.,嵌入湍流二维Kolmogorov流中的不变递归解,J.流体力学。,722, 554-595 (2013) ·Zbl 1287.76124号
[11] 卢卡斯,D。;Kerswell,R.,大区域二维Kolmogorov流时空动力学,J.流体力学。,750, 518-554 (2014)
[12] 车尔尼申科,S.I。;Goulart,P。;黄,D。;Papachristodoulou,A.,《流体动力学中的多项式平方和:回顾与展望》,Philos。事务处理。罗伊。Soc.A,372,文章20130350 pp.(2014)·兹比尔1353.76021
[13] 范图齐,G。;Goluskin,D。;黄,D。;Chernyshenko,S.I.,使用平方和优化的确定性和随机动力系统的界限,SIAM J.Appl。动态。系统。,15, 1962-1988 (2016) ·Zbl 1356.34058号
[14] Goluskin,D.,《使用半定规划严格平均边界:Lorenz系统的平均矩》,J.非线性科学。,28, 621-651 (2018) ·Zbl 1409.90133号
[15] 多巴哥,I。;Goluskin,D。;Doering,C.R.,非线性动力系统中时间平均值的最优界和极值轨迹,Phys。莱特。A、 382382-386(2018)·Zbl 1383.37001号
[16] 科尔达,M。;亨利安,D。;Mezić,I.,非线性动力系统和马尔可夫过程极值不变测度的凸计算,非线性科学杂志。,31, 14(1-26) (2021) ·Zbl 1467.37080号
[17] Yang,T.-H。;亨特,B.R。;Ott,E.,连续时间混沌系统的最佳周期轨道,物理学。E版,621950-1959(2000)
[18] 拉克希米,M.V。;范图齐,G。;Fernández-Caballero,J.D。;黄,Y。;Chernyshenko,S.I.,用多项式优化寻找极值周期轨道,并应用于剪切流的九模模型,SIAM J.Appl。动态。系统。,19, 763-787 (2020) ·Zbl 1475.37094号
[19] Goluskin博士。;Fantuzzi,G.,使用半定规划计算的Kuramoto Sivashinsky方程中平均能量的边界,非线性,321705-1730(2019)·Zbl 1412.35039号
[20] 意大利宽面条。;黄,D。;Tutty,O.R。;Chernyshenko,S.,层流尾迹流反馈控制的平方和方法,流体力学杂志。,809, 628-663 (2016) ·Zbl 1383.76121号
[21] Parrilo,P.A.,半代数问题的半定规划松弛,数学。程序。序列号。B、 96293-320(2003年)·Zbl 1043.14018号
[22] Parrilo,P.,《多项式优化、平方和及应用》,(《半定优化与凸代数几何》,《半定最优化与凸代数几何学》,MOS-SIAM Ser.Optim.(2012),SIAM:SIAM Philadelphia),47-157·Zbl 1360.90194号
[23] Lasserre,J.B.,《多项式和半代数优化导论》,剑桥文本应用。数学。(2015),剑桥大学出版社:剑桥大学出版社·Zbl 1320.90003号
[24] Sprott,J.C.,《一些简单的混沌流》,Phys。版本E,50,R647-R650(1994)
[25] Lorenz,E.,《可预测性:部分解决的问题》,(可预测性研讨会论文集。可预测性讨论会论文集,ECWF研讨会,1(1996),ECMWF:ECMWF Reading,英国),1-18
[26] Moehlis,J。;Faisst,H。;Eckhardt,B.,湍流剪切流的低维模型,新物理学杂志。,6, 56 (2004)
[27] Moehlis,J。;Faisst,H。;Eckhardt,B.,低维剪切流模型中的周期轨道和混沌集,SIAM J.Appl。动态。系统。,4, 352-376 (2005) ·Zbl 1090.37059号
[28] 温,Z。;Goldfarb,D。;Yin,W.,半定规划的交替方向增广拉格朗日方法,数学。程序。计算。,2, 3-4, 203-230 (2010) ·Zbl 1206.90088号
[29] 奥多诺休,B。;朱,E。;北卡罗来纳州帕里赫。;Boyd,S.,通过算子分裂和齐次自对偶嵌入实现二次曲线优化,J.Optim。理论应用。,169, 3, 1042-1068 (2016) ·Zbl 1342.90136号
[30] 郑毅。;范图齐,G。;Papachristodoulou,A.,利用ADMM和IEEE控制系统在平方和编程中利用系数匹配条件的稀疏性。莱特。,1, 1, 80-85 (2017)
[31] 郑毅。;范图齐,G。;Papachistodoulou,A.,使用部分正交性的平方和程序的快速ADMM,IEEE Trans。自动化。对照组,64,93869-3876(2019)·Zbl 1482.90140号
[32] Yurtsever,A。;Tropp,J.A。;费尔科克,O。;乌代尔,M。;Cevher,V.,可伸缩半定编程,SIAM J.Math。数据科学,3,171-200(2021)·Zbl 1470.90068号
[33] Lasserre,J.B。;Toh,K.-C。;Yang,S.,多项式优化的有界度SOS层次,EURO J.计算。最佳。,5, 1-2, 87-117 (2017) ·Zbl 1368.90132号
[34] Ahmadi,A.A。;霍尔,G。;Papachristodoulou,A。;Saunderson,J。;郑毅,《提高平方和优化的效率和可扩展性:最新进展和局限性》(第56届决策与控制年会论文集(2018)),453-462
[35] Ahmadi,A。;Majumdar,A.,《DSOS和SDSOS优化:平方和和和半定优化的更易处理的替代方案》,SIAM J.Appl。代数几何。,3, 193-230 (2019) ·Zbl 1465.90061号
[36] 郑毅。;Sootla,A。;Papachristodoulou,A.,块因子宽度双矩阵及其在半定和平方和优化中的应用(2019),arXiv:1909.11076[math.OC]
[37] Tacchi,M。;卡多佐,C。;亨利安,D。;Lasserre,J.-B.,稀疏多项式微分系统的近似吸引区域,1-15(2019),arXiv:1911.09500[math.OC]
[38] Schlosser,C。;Korda,M.,保证收敛的非线性动力系统的稀疏平方矩松弛,1-34(2020),arXiv:2012.05572[math.OC]
[39] Waki,H。;Kim,S。;小岛,M。;Muramatsu,M.,结构稀疏多项式优化问题的平方和和半定程序松弛,SIAM J.Optim。,17, 1, 218-242 (2006) ·Zbl 1109.65058号
[40] Lasserre,J.-B.,稀疏多项式优化中的收敛SDP-松弛,SIAM J.Optim。,17, 3, 822-843 (2006) ·Zbl 1119.90036号
[41] 威瑟,T。;拉塞尔,J.-B。;Toh,K.-C,稀疏BSOS:具有稀疏性的大规模多项式优化的有界度SOS层次,数学。程序。计算。,10, 1-32 (2018) ·Zbl 1402.90136号
[42] Wang,J。;马格伦,V。;Lasserre,J.-B.,TSSOS:利用术语稀疏性的moment-SOS层次结构,SIAM J.Optim。,31, 1, 30-58 (2021) ·Zbl 1506.90202号
[43] Wang,J。;马格隆,V。;Lasserre,J.-B.,Chordal-TSSOS:利用弦扩展的术语稀疏性的矩-SOS层次结构,SIAM J.Optim。,31, 1, 114-141 (2021) ·Zbl 1457.90106号
[44] Wang,J。;马格伦,V。;Lasserre,J.-B。;Mai,N.H.A.,CS-TSSOS:大规模多项式优化的相关和项稀疏性(2020),arXiv:2005.02828[math.OC]
[45] 佩奇,J。;Kerswell,R.R.,用动态模式分解搜索周期轨道的湍流,J.流体力学。,886 (2020) ·Zbl 1460.76417号
[46] MOSEK ApS,J.,MATLAB的MOSEK优化工具箱(2020),(版本9.2.28)
[47] Löfberg,J.,YALMIP:MATLAB中建模和优化的工具箱,(2004年IEEE机器人与自动化国际会议(IEEE Cat.No.04CH37508)(2004)),284-289
[48] Broyden,C.,一类双秩最小化算法的收敛性1。一般考虑,IMA J.Appl。数学。,6, 76-90 (1970) ·Zbl 0223.65023号
[49] Fletcher,R.,可变度量算法的新方法,计算。J.,13,317-322(1970)·Zbl 0207.17402号
[50] Goldfarb,D.,由变分平均值导出的一系列变分度量方法,数学。公司。,24, 23-26 (1970) ·Zbl 0196.18002号
[51] Shanno,D.,函数最小化的拟Newton方法的条件处理,数学。公司。,24, 647-656 (1970) ·Zbl 0225.65073号
[52] Viswanath,D.,平面Couette湍流内的递归运动,J.流体力学。,580, 339-358 (2007) ·Zbl 1175.76074号
[53] Cvitanović,P。;Gibson,J.F.,《边界剪切流中湍流的几何:周期轨道》,《物理学》。Scr.、。,T142,第014007条,第(2010)页
[54] Levenberg,K.,最小二乘法中某些非线性问题的求解方法,Quart。申请。数学。,2, 164-168 (1944) ·Zbl 0063.03501号
[55] Marquardt,D.W.,非线性参数最小二乘估计算法,SIAM J.Appl。数学。,11, 431-441 (1963) ·Zbl 0112.10505号
[56] Dhooge,A。;Govaerts,W。;库兹涅佐夫,Y.A。;Meijer,H.G。;Sautois,B.,动力系统分岔分析软件MatCont的新功能,数学。计算。模型。动态。系统。,14, 147-175 (2008) ·Zbl 1158.34302号
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