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应用区间分析。以参数和状态估计、鲁棒控制和机器人技术为例。包括1张CD-ROM。 (英语) Zbl 1023.65037号

伦敦:斯普林格。十六、379页(2001年)。
在大多数工程问题中,我们寻找满足特定约束的设计。通常,除了这些约束之外,我们还有一个定义明确的目标函数,我们希望在所有可能的设计中,找到一个目标函数值最大(或最小)的设计。
在数学术语中,参数(x_1,ldots,x_n)的约束通常用等式和/或不等式表示;因此,设计问题可以被公式化为约束满足问题或约束优化问题。解决这些问题有很多数值算法。对于这些算法,我们通常只知道它们的收敛速度,但对于实际应用程序,当我们在一定次数的迭代后停止算法时,我们很少知道我们距离满足约束和/或达到全局最大值有多近。在许多实际应用中,需要知道我们离最大值有多近,以及是否存在我们没有发现的最大值。事实上,如果额外的计算可以大大改善目标函数,从而带来实质性的好处,这是值得追求的;否则,不值得浪费计算机时间来寻求微小的改进。换句话说,我们需要具有自动结果验证的数值方法。
例如,在1D情况下,除了所需全局最大值的位置(x)的近似值之外,我们还想知道该近似值的精度。一旦我们知道\(\Delta\),这意味着实际(未知)值\(x\)在区间\([\widetilder x-\Delta,\widetilder x+\Delta]\)中的某个位置。其他一些数值方法可能会为我们提供不同的近似值(x')以及可能的负近似误差和正近似误差的不同界限,从而导致相同的可能值间隔(x\)。从这个角度来看,我们得到的关于(x)的唯一信息是这个区间,而算法从这个区间产生的哪个值作为近似值并不重要。因此,我们的目标是生成可能值的区间。因此,具有自动结果验证的方法也称为区间分析或区间计算。
一旦我们知道了\(x_1,\ldots,x_n\)的可能值的间隔,我们可能会想根据\(x_i\)找出某些特征\(y=f(x_1,\ldot,x_n)\)的潜在值的间隔。在一些情况下,有显式公式根据(x_i)的范围来描述\(y)的范围,例如,当\(n=2\)和\(f(x_1,x_2)\)是算术运算(+,\(-\)等)时;这些情况形成了区间算法。
在多维情况下,我们有一系列可能的值,而不是区间。该范围的每个一维投影都可以用区间(I_I)来描述,范围本身可以描述为有限多个类型为(I_1\times\ldots\times I_n)的矩形框的并集。事实证明,这种表示法在解决约束满足和优化问题时是有效的:一旦我们有了这种类型的表示法,我们就可以将所有框平分,使用区间算法检查每个子框上的任何地方是否满足约束,并排除不满足约束的子框。为了最小化,我们可以进行类似的二分法,并消除目标函数的整个范围高于已实现值中最小值的子框。
这些只是主要观点。作者从基础开始,从这些基础出发,描述用于求解非线性方程和/或不等式系统的最新算法,以及具有自动结果验证的优化算法。在第三部分中,他们展示了如何将这些方法应用于参数估计、鲁棒控制和机器人规划;在第四部分中,他们展示了如何有效地对相应的算法进行编程。这本书有很多例子。它既可以作为研究专著,也可以作为研究生教材(我自己在教授区间计算时用过它)。对于想从本书中学习区间分析的读者,我唯一(次要)的警告是,作者的术语有时与大多数区间研究人员使用的术语不同。

MSC公司:

65G40型 区间分析的一般方法
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