О регуляризации классических условий оптимальности в выпуклых задачах оптимизации систем вольтеррова типа с операторными ограничениями

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассматривается регуляризация классических условий оптимальности (КУО) — принципа Лагранжа (ПЛ) и принципа максимума Понтрягина (ПМП) — в выпуклой задаче оптимального управлении с операторным ограничением-равенством и функциональными ограничениями-неравенствами. Управляемая система задаётся линейным функционально-операторным уравнением второго рода общего вида в пространстве L2m, основной оператор правой части уравнения предполагается квазинильпотентным. Минимизируемый функционал задачи является лишь выпуклым (возможно не сильно). Регуляризованные КУО получаются на основе метода двойственной регуляризации, при этом используются два параметра регуляризации, один из которых “отвечает” за регуляризацию двойственной задачи, а другой содержится в сильно выпуклой регуляризирующей тихоновской добавке к целевому функционалу исходной задачи, обеспечивая тем самым корректность задачи минимизации функции Лагранжа. Основное назначение регуляризованных ПЛ и ПМП — устойчивое генерирование минимизирующих приближённых решений в смысле Дж. Варги. Регуляризованные КУО формулируются как теоремы существования в исходной задаче минимизирующих приближённых решений с одновременным конструктивным представлением этих решений, выражаются в терминах регулярных классических функций Лагранжа и Гамильтона–Понтрягина, “преодолевают” свойства некорректности КУО и дают регуляризирующие алгоритмы для решения оптимизационных задач. На основе метода возмущений достаточно подробно обсуждается важное свойство полученных в работе регуляризованных КУО, состоящее в том, что “в пределе” они приводят к своим классическим аналогам. В качестве приложения рассматривается конкретный пример задачи оптимального управления, связанной с интегро-дифференциальным уравнением типа уравнения переноса, частным случаем которой является некоторая задача финального наблюдения. 

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. И. Сумин

Тамбовский государственный университет имени Г.Р. Державина

Автор, ответственный за переписку.
Email: v_sumin@mail.ru
Россия, Тамбов

М. И. Сумин

Нижегородский государственный университет имени Н.И. Лобачевского

Email: m.sumin@mail.ru
Россия, Нижний Новгород

Список литературы

  1. Алексеев, В.М. Оптимальное управление / В.М. Алексеев, В.М. Тихомиров, С.В. Фомин. — М. : Наука, 1979. — 430 с. Alekseev, V.M. Optimal Control / V.M. Alekseev, V.M. Tikhomirov, S.V. Fomin. — New York : Plenum Press, 1987.
  2. Аваков, Е.Р. О принципе Лагранжа в задачах на экстремум при наличии ограничений / Е.Р. Аваков, Г.Г. Магарил-Ильяев, В.М. Тихомиров // Успехи мат. наук. — 2013. — Т. 68, Вып. 3 (411). — С. 5–38. Avakov, E.R. Lagrange’s principle in extremum problems with constraints / E.R. Avakov, G.G. Magaril-Il’yaev, V.M. Tikhomirov // Russ. Math. Surveys. — 2013. — V. 68, № 3. — P. 401–433.
  3. Арутюнов, А.В. Принцип максимума Понтрягина. Доказательство и приложения / А.В. Арутюнов, Г.Г. Магарил-Ильяев, В.М. Тихомиров. — М. : Факториал Пресс, 2006. — 144 с. Arutyunov, A.V. Printsip maksimuma Pontryagina. Dokazatel‘stvo i prilozheniya / A.V. Arutyunov, G.G. Magaril-Il’yaev, V.M. Tikhomirov. — Moscow : Faktorial Press, 2006. — 144 p.
  4. Гамкрелидзе, Р.В. История открытия принципа максимума Понтрягина / Р.В. Гамкрелидзе // Тр. мат. ин-та РАН. — 2019. — Т. 304. — С. 7–14. Gamkrelidze, R.V. History of the discovery of the Pontryagin maximum principle / R.V. Gamkrelidze // Proc. Steklov Inst. Math. — 2019. — V. 304. — P. 1–7.
  5. Некорректные задачи естествознания : сб. ст. / Под ред. А.Н. Тихонова, А.В. Гончарского. — М. : Изд-во Моск. ун-та, 1987. — 303 с. Il-posed problems in the natural science : coll. art. / By eds. A.N. Tikhonov, A.V. Goncharskii. Moscow : MSU Press, 1987. — 303 p.
  6. Васильев, Ф.П. Методы оптимизации : в 2-х кн. / Ф.П. Васильев. — М. : МЦНМО, 2011. — 1056 с. Vasil’ev, F.P. Metody optimizatsii / F.P. Vasil’ev. — Moscow : MCCME, 2011. Vol. 1: 620 p.; Vol. 2: 433 p.
  7. Сумин, М.И. Регуляризованная параметрическая теорема Куна–Таккера в гильбертовом пространстве / М.И. Сумин // Журн. вычислит. математики и мат. физики. — 2011. — Т. 51, № 9. — С. 1594–1615. Sumin, M.I. Regularized parametric Kuhn–Tucker theorem in a Hilbert space / M.I. Sumin // Comput. Math. Math. Phys. — 2011. — V. 51, № 9. — P. 1489–1509.
  8. Сумин, М.И. О некорректных задачах, экстремалях функционала Тихонова и регуляризованных принципах Лагранжа / М.И. Сумин // Вестн. рос. ун-тов. Математика. — 2022. — Т. 27, № 137. — С. 58–79. Sumin, M.I. On ill-posed problems, extremals of the Tikhonov functional and the regularized Lagrange principles / M.I. Sumin // Russ. Universities Reports. Mathematics. — 2022. — V. 27, № 137. — P. 58–79.
  9. Сумин, В.И. Об итеративной регуляризации принципа Лагранжа в выпуклых задачах оптимального управления распределенными системами вольтеррова типа с операторными ограничениями / В.И. Сумин, М.И. Сумин // Дифференц. уравнения. — 2022. — Т. 58, № 6. — С. 795–812. Sumin, V.I. On the iterative regularization of the Lagrange principle in convex optimal control problems for distributed systems of the Volterra type with operator constraints / V.I. Sumin, M.I. Sumin // Differ. Equat. — 2022. — V. 58, № 6. — P. 791–809.
  10. Сумин, В.И. О регуляризации принципа Лагранжа в задачах оптимизации линейных распределенных систем вольтеррова типа с операторными ограничениями / В.И. Сумин, М.И. Сумин // Изв. Ин-та математики и информатики Удмуртского гос. ун-та. — 2022. — Т. 59. — С. 85-113. Sumin, V.I. On regularization of the Lagrange principle in the optimization problems for linear distributed Volterra type systems with operator constraints / V.I. Sumin, M.I. Sumin // Izvestiya Instituta Matematiki i Informatiki Udmurtskogo Gosudarstvennogo Universiteta. — 2022. — V. 59. — P. 85–113.
  11. Фурсиков, А.В. Оптимальное управление распределенными системами. Теория и приложения: учеб. пособие для вузов / А.В. Фурсиков. — Новосибирск : Научная книга, 1999. — 350 с. Fursikov, A.V. Optimal Control of Distributed Systems: Theory and Applications / A.V. Fursikov. — Providence : Amer. Math. Soc., 2000. — 305 p.
  12. Tröltzsch, F. Optimal Control of Partial Differential Equations. Theory, Methods and Applications / F. Tröltzsch. — Providence; Rhode Island : Amer. Math. Soc., 2010. — 399 p. Tröltzsch, F. Optimal Control of Partial Differential Equations. Theory, Methods and Applications / F. Tröltzsch. — Providence; Rhode Island : Amer. Math. Soc., 2010. — 399 p.
  13. Borzi, A. The Sequential Quadratic Hamiltonian Method. Solving Optimal Control Problems / A. Borzi. — Boca Raton : Chapman and Hall/CRC Press, 2023.
  14. 14Tonelli, L. Sulle equazioni funzionali di Volterra / L. Tonelli // Bull. Calcutta Math. Soc. — 1929. — V. 20. — P. 31–48.
  15. Тихонов, А.Н. О функциональных уравнениях типа Вольтерра и их применениях к некоторым задачам математической физики / А.Н. Тихонов // Бюлл. Московского ун-та. Секция А. — 1938. — Т. 1, № 8. — С. 1–25. Tikhonov, A.N. Functional Volterra-type equations and their applications to certain problems of mathematical physics / A.N. Tikhonov // Bull. Mosk. Gos. Univ. Sekt. A. — 1938. — V. 8, № 1. — P. 1–25.
  16. Забрейко, П.П. Об интегральных операторах Вольтерра / П.П. Забрейко // Успехи мат. наук. — 1967. — Т. 22, № 1. — С. 167–168. Zabreiko, P.P. Integral Volterra operators / P.P. Zabreiko // Uspekhi Mat. Nauk. — 1967. — V. 22, № 1. — P. 167–168.
  17. Шрагин, И.В. Абстрактные операторы Немыцкого — локально определённые операторы / И.В. Шрагин // Докл. АН СССР. — 1976. — Т. 227, № 1. — С. 47–49. Shragin, I.V. Abstract Nemyckii operators are locally defined operators / I.V. Shragin // Sov. Math. Dokl. — 1976. — V. 17. — P. 354–357.
  18. Сумин, В.И. Функционально-операторные вольтерровы уравнения в теории оптимального управления распределенными системами / В.И. Сумин // Докл. АН СССР. — 1989. — Т. 305, № 5. — С. 1056–1059. Sumin, V.I. Volterra functional-operator equations in the theory of optimal control of distributed systems / V.I. Sumin // Sov. Math. Dokl. — 1989. — V. 39, № 2. — P. 374–378.
  19. Жуковский, Е.С. К теории уравнений Вольтерра / Е.С. Жуковский // Дифференц. уравнения. — 1989. — Т. 25, № 9. — С. 1599–1605. Zhukovskii, E.S. On the theory of Volterra equations / E.S. Zhukovskii // Differ. Equat. — 1989. — V. 25, № 9. — P. 1132–1137.
  20. Corduneanu, C. Integral Equations and Applications / C. Corduneanu. — Cambridge; New York : Cambridge University Press, 1991. — 376 p.
  21. Гохберг, И.Ц. Теория вольтерровых операторов в гильбертовом пространстве и её приложения / И.Ц. Гохберг, М.Г. Крейн. — М. : Наука, 1967. — 508 с. Gohberg, I.C. Theory and Applications of Volterra Operators in Hilbert Space / I.C. Gohberg, M.G. Krein. — Amer. Math. Soc., 1970. — 378 p.
  22. Бухгейм, А.Л. Уравнения Вольтерра и обратные задачи / А.Л. Бухгейм. — Новосибирск : Наука, 1983. — 207 с. Bughgeim, A.L. Volterra Equations and Inverse Problems / A.L. Bughgeim. — Utrecht : VSP BV, 1999.
  23. Гусаренко, С.А. Об одном обобщении понятия вольтеррова оператора / С.А. Гусаренко // Докл. АН СССР. — 1987. — Т. 295, № 5. — С. 1046–1049. Gusarenko, S.A. On a generalization of the notion of Volterra operator / S.A. Gusarenko // Sov. Math. Dokl. — 1988. — V. 36, № 1. — P. 156–159.
  24. 24Väth, M. Abstract Volterra equations of the second kind / M. Väth // J. Equat. Appl. — 1998. — V. 10, № 9. — P. 125–144.
  25. Жуковский, Е.С. Абстрактные вольтерровы операторы / Е.С. Жуковский, М.Ж. Алвеш // Изв. вузов. Математика. — 2008. — № 3. — С. 3–17. Zhukovskii, E.S. Abstract Volterra operators / E.S. Zhukovskii, M.J. Alves // Russ. Mathematics. — 2008. — V. 52, № 3. — P. 1–14.
  26. Сумин, В.И. Функциональные вольтерровы уравнения в теории оптимального управления распределенными системами / В.И. Сумин. — Нижний Новгород : Изд-во Нижегородского ун-та, 1992. — 110 с. Sumin, V.I. Functional Volterra equations in the theory of optimal control of distributed systems / V.I. Sumin. — Nizhnii Novgorod : Izd-vo Nizhegorodskogo gosuniversiteta, 1992. — 110 p.
  27. Сумин, В.И. Операторы в пространствах измеримых функций: вольтерровость и квазинильпотентность / В.И. Сумин, А.В. Чернов // Дифференц. уравнения. — 1998. — Т. 34, № 10. — С. 1402–1411. Sumin, V.I. Operators in spaces of measurable functions: The Volterra property and quasinilpotency / V.I. Sumin, A.V. Chernov // Differ. Equat. — 1998. — V. 34, № 10. — P. 1403–1411.
  28. Сумин, В.И. Управляемые вольтерровы функциональные уравнения и принцип сжимающих отображений / В.И. Сумин // Тр. Ин-та математики и механики УрО РАН. — 2019. — Т. 25, № 1. — С. 262–278. Sumin, V.I. Controlled Volterra functional equations and the contraction mapping principle / V.I. Sumin // Trudy Inst. Mat. Mekh. UrO RAN. — 2019. — V. 25, № 1. — P. 262–278.
  29. Варга, Дж. Оптимальное управление дифференциальными и функциональными уравнениями / Дж. Варга. М. : Наука, 1977. — 623 с. Warga, J. Optimal control of differential and functional equations / J. Warga. — New York : Acad. Press, 1972.
  30. Сумин, М.И. Устойчивое секвенциальное выпуклое программирование в гильбертовом пространстве и его приложение к решению неустойчивых задач / М.И. Сумин // Журн. вычислит. математики и мат. физики. — 2014. — Т. 54, № 1. — С. 25–49. Sumin, M.I. Stable sequential convex programming in a Hilbert space and its application for solving unstable problems / M.I. Sumin // Comput. Math., Math. Phys. — 2014. — V. 54, № 1. — P. 22–44.
  31. Бакушинский, А.Б. Итеративные методы решения некорректных задач / А.Б. Бакушинский, А.В. Гончарский. М. : Наука, 1989. — 126 с. Bakushinskii, A.B. Iterative Methods for Solving Ill-Posed Problems / A.B. Bakushinskii, A.V. Goncharskii. — Moscow : Nauka, 1989. — 126 p.
  32. Сумин, М.И. О регуляризации классических условий оптимальности в выпуклых задачах оптимального управления / М.И. Сумин // Тр. Ин-та математики и механики УрО РАН. — 2020. — Т. 26, № 2. — С. 252–269. Sumin, M.I. On regularization of the classical optimality conditions in convex optimal control problems / M.I. Sumin // Trudy Inst. Mat. Mekh. UrO RAN. — 2020. — V. 26, № 2. — P. 252–269.
  33. Сумин, М.И. Недифференциальные теоремы Куна–Таккера в задачах на условный экстремум и субдифференциалы негладкого анализа / М.И. Сумин // Вестн. рос. ун-тов. Математика. — 2020. — Т. 25, № 131. — C. 307–330. Sumin, M.I. Nondifferential Kuhn–Tucker theorems in constrained extremum problems via subdifferentials of nonsmooth analysis / M.I. Sumin // Russ. Universities Reports. Mathematics. — 2020. — V. 25, № 131. — P. 307–330.
  34. Обен, Ж.-П. Нелинейный анализ и его экономические приложения / Ж.-П. Обен: пер. с фр. — М. : Мир, 1988. — 264 с. Aubin, J.P. L’analyse non linéaire et ses motivations économiques / J.P. Aubin. — Paris : Masson, 1984. — 214 p.
  35. Loewen, P.D. Optimal Control via Nonsmooth Analysis / P.D. Loewen. — Providence, Rhode Island, USA : Amer. Math. Soc., 1993. — 153 p.
  36. Jorgens, K. An asymptotic expansion in the theory of neutron transport / K. Jorgens // Comm. Pure Appl. Math. — 1958. — V. 11, № 2. — P. 219–242.
  37. Морозов, С.Ф. Нестационарное интегродифференциальное уравнение переноса / С.Ф. Морозов // Изв. вузов. Математика. — 1969. — № 1. — С. 26–31. Morozov, S.F. Non-stationary integro-differential transport equation / S.F. Morozov // Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Matematika. — 1969. — № 1. — P. 26–31.
  38. Кузнецов, Ю.А. Корректность постановки смешанной задачи для нестационарного уравнения переноса / Ю.А. Кузнецов, С.Ф. Морозов // Дифференц. уравнения. — 1972. — Т. 8, № 9. — С. 1639–1648. Kuznetsov, Yu.A. Correctness of the mixed problem statement for the nonstationary transport equation / Yu.A. Kuznetsov, S.F. Morozov // Differ. uravneniya. — 1972. — V. 8, № 9. — P. 1639–1648.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Российская академия наук, 2024