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基于边缘凹下估计的全局动态优化。 (英语) Zbl 1467.90035号

以嵌入式常微分方程系统为特征的问题的全局优化在许多工程领域中都非常重要。不幸的是,即使是这些问题的简单实例也往往是非凸的,并表现出多个局部最优解。在本文中,作者提出了一种新的方法来解决确定性全局优化问题,该问题具有用积分项表示的目标函数和约束,以及一组嵌入的非线性参数常微分方程。该方法基于一种分枝定界算法,该算法使用了一类最近开发的新的低估值。将该算法与现有的几种方法进行了性能比较,并通过数值例子说明了低估计量的有效性。该工作的主要贡献包括提出了一种不同于传统的基于凸性的全局动态优化方法的松弛方法,并为涉及积分项的非凸问题开发了一种紧边凹下估计。

MSC公司:

90C26型 非凸规划,全局优化
90立方厘米 动态编程
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全文: 内政部

参考文献:

[1] Abramson,M.A.,Audet,C.,Couture,G.,Dennis Jr,J.E.,Le Digabel,S.,Tribes,C.:NOMAD项目(2011年)
[2] 政务司司长Adjiman;Dallwig,S。;加利福尼亚州佛罗伦萨;Neumaier,A.,一种用于一般二阶可微约束NLPs-I的全局优化方法,(alpha)BB。理论进展,计算。化学。工程,22,9,1137-1158(1998)
[3] Arora,A。;巴贾杰,I。;艾耶,SS;Hasan,MMF,《周期性吸附强化反应过程的优化合成及其在制氢中的应用》,计算。化学。工程,115,89-111(2018)
[4] 巴贾杰,I。;Hasan,MMF,有界hessian黑盒问题的确定性全局无导数优化,Optim。莱特。,12, 1-16 (2019)
[5] 巴贾杰,I。;Hasan,MMF,UNIPOPT:无导数的单变量投影优化,计算。化学。工程,12771-87(2019)
[6] 巴贾杰,I。;艾耶,SS;Hasan,MMF,基于信任区域的两阶段算法,用于初始点不可行的约束黑盒和灰盒优化,计算。化学。工程,116,306-321(2018)
[7] Biegler,LT,《动态优化同步策略概述》,化学。工程流程。过程。强度。,46, 11, 1043-1053 (2007)
[8] Bock,HG公司;Plitt,KJ,直接求解最优控制问题的多重射击算法,IFAC Proc。第17卷,第2卷,1603-1608页(1984年)
[9] 布库瓦拉,F。;Floudas,CA,ARGONAUT:约束灰盒计算问题的全局优化算法,Optim。莱特。,11, 5, 895-913 (2017) ·Zbl 1373.90113号
[10] Chachuat,B。;拉蒂菲,M。;Pardalos,PM;加利福尼亚州弗洛达斯,《常微分方程问题确定性全局优化的新方法》,《全局优化前沿》,83-108(2004),柏林:施普林格出版社,柏林·Zbl 1165.90686号
[11] Di Pillo,G。;刘齐,G。;Lucidi,S。;Piccialli,V。;Rinaldi,F.,无导数约束全局优化的直接型方法,计算。最佳方案。申请。,65, 2, 361-397 (2016) ·Zbl 1370.90189号
[12] Diedam,H。;Sager,S.,直接多重打靶法的全局最优控制,Optim。控制应用程序。方法,39,2,449-470(2018)·Zbl 1402.49005号
[13] 伊森,JP;Biegler,LT,玻璃盒/黑盒优化的信赖域滤波方法,AIChE J.,62,3124(2016)
[14] 埃斯波西托,WR;弗洛达斯,CA,非线性最优控制问题中的确定性全局优化,J.Glob。最佳。,17, 1-4, 97-126 (2000) ·Zbl 0980.49027号
[15] 埃斯波西托,WR;Floudas,CA,微分代数系统参数估计的全局优化,工业工程化学。Res.,39,5,1291-1310(2000)
[16] Gadkar,千克;Gunawan,R。;Doyle,FJ,生物网络模型识别的迭代方法,BMC Bioninform。,6, 1, 155 (2005)
[17] 山姆·哈伍德(SM Harwood);巴顿,PI,非线性控制系统可达集的有效多面体封闭,数学。控制信号系统。,28, 1, 8 (2016) ·Zbl 1338.93064号
[18] 山姆·哈伍德(SM Harwood);Barton,PI,约束参数常微分方程解的仿射松弛,Optim。控制应用程序。方法,39,2,427-448(2018)·Zbl 1393.93021号
[19] 山姆·哈伍德(SM Harwood);斯科特,JK;Barton,PI,《使用嵌入线性程序的常微分方程的可达集上的界》,IMA J.Math。对照信息,33,2519-541(2015)·兹比尔1397.93020
[20] Hasan,MMF,二次可微非凸问题全局优化的边凹低估,J.Glob。最佳。,71, 4, 735-752 (2018) ·Zbl 1422.90038号
[21] 哈桑,MMF;首先,EL;弗洛达斯,加利福尼亚州,基于分子筛的硅内筛选和工艺优化的成本效益(CO_2)捕获,物理。化学。化学。物理。,15, 40, 17601-17618 (2013)
[22] 霍夫舒斯特,W。;Krämer,W。;Abate,A.,C-XSC 2.0:扩展科学计算的C++库,《带结果验证的数值软件》,15-35(2004),柏林:施普林格出版社,柏林·Zbl 1126.65328号
[23] 霍兰德,JH,《自然和人工系统的适应:生物学、控制和人工智能应用的介绍性分析》(1992),剑桥:麻省理工学院出版社,剑桥
[24] 霍斯特,R。;Tuy,H.,《全局优化:确定性方法》(2013),柏林:施普林格出版社,柏林
[25] Houska,B。;Chachuat,B.,非线性最优控制中确定性全局优化的Branch-and-lift算法,J.Optim。理论应用。,162, 1, 208-248 (2014) ·Zbl 1307.49034号
[26] 胡,W。;Lowry,B。;Varma,A.,Pt-Bi/C催化剂上甘油氧化网络的动力学研究,应用。目录。B环境。,106, 1-2, 123-132 (2011)
[27] 艾耶,SS;巴贾杰,I。;Balasubramanian,P。;Hasan,MMF,《集成碳捕获和转化以生产合成气:新型工艺设计、强化和优化》,工业工程化学。第56、30、8622-8648号决议(2017年)
[28] Katare,S。;Bhan,A。;JM卡鲁瑟斯;德尔加斯,WN;Venkatasubramanian,V.,大型动力学模型有效参数估计的混合遗传算法,计算。化学。工程,28,12,2569-2581(2004)
[29] 肯尼迪,J。;Webb,G.,《粒子群优化》,《机器学习百科全书》,760-766(2011),柏林:施普林格出版社,柏林
[30] 德国科克,《最优控制理论:导论》(2012),切尔姆斯福德:快递公司,切尔姆斯福德
[31] 柯克帕特里克,S。;盖拉特,CD;Vecchi,MP,《模拟退火优化》,《科学》,220,4598,671-680(1983)·Zbl 1225.90162号
[32] 拉克什米坎塔姆,V。;Leela,S.,《微分和积分不等式:理论和应用:第一卷:常微分方程》(1969),伦敦:学术出版社,伦敦·Zbl 0177.12403号
[33] Le Digabel,S.,算法909:NOMAD:使用MADS算法进行非线性优化,ACM Trans。数学。柔和。(TOMS),37,4,44(2011)·Zbl 1365.65172号
[34] 德意志银行Leineweber;鲍尔,I。;Bock,HG公司;Schlöder,JP,一种用于大规模动态过程优化的高效的基于多次射击的减少sqp策略。第1部分:理论方面,计算。化学。工程,27,2,157-166(2003)
[35] 利马,R。;弗朗索瓦,G。;斯里尼瓦桑,B。;Salcedo,R.,使用msimpsa(一种基于模拟退火的算法)对间歇乳液聚合进行动态优化,工业工程化学。研究,43,24,7796-7806(2004)
[36] Lin,Y。;Stadtherr,MA,动态系统参数估计的确定性全局优化,工业工程化学。研究,45,25,8438-8448(2006)
[37] Lin,Y。;Stadtherr,MA,非线性动力系统的确定性全局优化,AIChE J.,53,4,866-875(2007)
[38] 卢斯,R。;Cormack,D.,最优控制问题中使用变分方法产生的解的多重性,Can。化学杂志。工程师,50,2,309-311(1972)
[39] 可分解非凸程序全局解的可计算性:第i部分-凸低估问题,数学。程序。,10, 1, 147-175 (1976) ·Zbl 0349.90100号
[40] 加利福尼亚州梅耶;加利福尼亚州弗洛达斯,边凹函数的凸包,数学。程序。,103, 2, 207-224 (2005) ·Zbl 1099.90045号
[41] Miri,T。;A.苏卡拉斯。;巴卡利斯,S。;Pistikopoulos,E。;Rustem,B。;傅兰雅,P.,《食品分批热杀菌过程条件的全局优化》,《食品工程杂志》,87,4,485-494(2008)
[42] 鼹鼠,CG;JR班加;Keller,K.,《解决非凸气候控制问题:陷阱和算法性能》,应用。软计算。,5, 1, 35-44 (2004)
[43] 鼹鼠,CG;门德斯,P。;Banga,JR,《生物化学途径中的参数估计:全局优化方法的比较》,《基因组研究》,13,11,2467-2474(2003)
[44] Papamichail,I。;Adjiman,CS,常微分方程问题的严格全局优化算法,J.Glob。最佳。,24, 1, 1-33 (2002) ·Zbl 1026.90071号
[45] Papamichail,I。;Adjiman,CS,动态系统的全局优化,计算。化学。工程师,28,3403-415(2004)
[46] 蓬特里亚金。;Pontryagin,L.,第4章-存在定理,常微分方程,150-199(1962),纽约:佩加蒙,纽约
[47] Puranik,Y。;Sahinidis,NV,全球NLP和MINLP优化的域缩减技术,约束,22,3,338-376(2017)·Zbl 1387.90164号
[48] 拉马德西根,V。;弗吉尼亚州布瓦拉加万。;Pirkle,JC;Subramanian,VR,基于物理的锂离子电池模型中固相扩散的高效重新计算,J.Electrochem。Soc.,157,7,A854-A860(2010年)
[49] Regis,RG,初始点不可行的高维昂贵黑盒问题的径向基函数插值约束优化,工程优化。,46, 2, 218-243 (2014)
[50] Rudin,W.,《数学分析原理》(1976),纽约:McGraw-Hill,纽约·Zbl 0148.02903号
[51] 臀部,SM;Csendes,T.,INTLAB-INTerval实验室,《可靠计算的发展》,77-104(1999),柏林:施普林格出版社,柏林·Zbl 0949.65046号
[52] Ryoo,HS;内华达州萨希尼迪斯,《全局优化的分支与简化方法》,J.Glob。最佳。,8, 2, 107-138 (1996) ·Zbl 0856.90103号
[53] Sager,S。;Claeys,M。;Messine,F.,全局混合积分最优控制的有效上下限,J.Glob。最佳。,61, 4, 721-743 (2015) ·Zbl 1323.49018号
[54] 萨赫洛丁,AM;Chachuat,B.,使用泰勒模型的参数节点的凸凹松弛,计算。化学。工程,35,5,844-857(2011)
[55] 萨赫洛丁,AM;Chachuat,B.,参数码解的凸/凹松弛的离散对偶松弛方法,应用。数字。数学。,61, 7, 803-820 (2011) ·Zbl 1214.65041号
[56] Schaber,S.D.:动态模型开发工具。麻省理工学院博士论文(2014)
[57] Scott,J.K.:微分代数系统的可达性分析和确定性全局优化。麻省理工学院博士论文(2012)
[58] 斯科特,JK;Barton,PI,非线性控制系统可达集的界,Automatica,49,1,93-100(2013)·Zbl 1257.93015号
[59] 斯科特,JK;Barton,PI,使用微分不等式改进常微分方程参数解的松弛,J.Glob。最佳。,57, 1, 143-176 (2013) ·Zbl 1273.49034号
[60] 斯科特,JK;Barton,PI,半显式索引一DAE解的区间界。第2部分:计算,数字。数学。,125,1,27-60(2013)·Zbl 1282.65096号
[61] 斯科特,JK;Chachuat,B。;Barton,PI,参数极点解的非线性凸凹松弛,Optim。控制应用程序。方法,34,2,145-163(2013)·Zbl 1273.93089号
[62] Singer,A.B.:全局动态优化。麻省理工学院博士论文(2004)
[63] 辛格,AB;Barton,PI,参数相关非线性常微分方程解的界,SIAM J.Sci。计算。,27, 6, 2167-2182 (2006) ·Zbl 1111.34030号
[64] 辛格,AB;Barton,PI,非线性常微分方程全局优化,J.Glob。最佳。,34, 2, 159-190 (2006) ·Zbl 1091.49028号
[65] Tardella,F.,关于在多面体顶点处达到最大值的一类函数,离散应用。数学。,22, 2, 191-195 (1988) ·Zbl 0663.90068号
[66] 塔德拉,F。;Pardalos,PM;加利福尼亚州弗洛达斯,《关于多面体凸包络的存在》,《全局优化的前沿》,563-573(2004),柏林:施普林格出版社,柏林·Zbl 1176.90473号
[67] Tardella,F.,顶点多面体凸包络的存在性和和分解,Optim。莱特。,2, 3, 363-375 (2008) ·Zbl 1152.90614号
[68] Vetukuri,SRR;比格勒,LT;Walther,A.,《周期性吸附过程优化的不精确信赖域算法》,工业工程化学。Res.,49,23,12004-12013(2010)
[69] 马萨诸塞州维拉努埃瓦;Houska,B。;Chachuat,B.,参数非线性常微分方程连续时间封闭传播的统一框架,J.Glob。最佳。,62, 3, 575-613 (2015) ·Zbl 1320.49013号
[70] 吴,C。;Teo,K.,全局脉冲最优控制计算,J.Ind.Manag。最佳。,2, 4, 435-450 (2006) ·Zbl 1112.49031号
[71] Zhao,Y。;Stadtherr,MA,《受不等式路径约束的动态系统的严格全局优化》,工业工程化学。第50、22、12678-12693号决议(2011年)
[72] 周,K。;道尔,JC;Glover,K.,鲁棒与最优控制(1996),新泽西州:Prentice Hall,新泽西州·兹比尔0999.49500
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