Lagrange principle and its regularization as a theoretical basis of stable solving optimal control and inverse problems

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The paper is devoted to the regularization of the classical optimality conditions (COC) - the Lagrange principle and the Pontryagin maximum principle in a convex optimal control problem for a parabolic equation with an operator (pointwise state) equality-constraint at the final time. The problem contains distributed, initial and boundary controls, and the set of its admissible controls is not assumed to be bounded. In the case of a specific form of the quadratic quality functional, it is natural to interpret the problem as the inverse problem of the final observation to find the perturbing effect that caused this observation. The main purpose of regularized COCs is stable generation of minimizing approximate solutions (MAS) in the sense of J. Warga. Regularized COCs are: 1) formulated as existence theorems of the MASs in the original problem with a simultaneous constructive representation of specific MASs; 2) expressed in terms of regular classical Lagrange and Hamilton-Pontryagin functions; 3) are sequential generalizations of the COCs and retain the general structure of the latter; 4) “overcome” the ill-posedness of the COCs, are regularizing algorithms for solving optimization problems, and form the theoretical basis for the stable solving modern meaningful ill-posed optimization and inverse problems.

About the authors

Mikhail I. Sumin

Derzhavin Tambov State University; Nizhnii Novgorod State University

Email: m.sumin@mail.ru
Doctor of Physics and Mathematics, Chief Researcher; Professor 33 Internatsionalnaya St., Tambov 392000, Russian Federation; 23 Gagarin Ave., Nizhnii Novgorod 603950, Russian Federation

References

  1. Ф.П. Васильев, Методы оптимизации: в 2-х кн., МЦНМО, М., 2011.
  2. М.И. Сумин, “Зачем нужна регуляризация принципа Лагранжа и принципа максимума Понтрягина и что она дает”, Вестник Тамбовского университета. Серия: естественные и технические науки, 23:4(124) (2018), 757-772.
  3. М.И. Сумин, “Регуляризованные принцип Лагранжа и принцип максимума Понтрягина в оптимальном управлении и обратных задачах”, Тр. ИММ УрО РАН, 25, 2019, 279-296.
  4. М.И. Сумин, “О регуляризации классических условий оптимальности в выпуклых задачах оптимального управления”, Тр. ИММ УрО РАН, 26, 2020, 252-269.
  5. А.Н. Тихонов, В. Я. Арсенин, Методы решения некорректных задач, Наука, М., 1986.
  6. М.И. Сумин, “Регуляризация принципа максимума Понтрягина в выпуклой задаче оптимального граничного управлении для параболического уравнения с операторным ограничением-равенством”, Тр. ИММ УрО РАН, 27, 2021, 221-237.
  7. М.И. Сумин, “О регуляризации принципа Лагранжа и построении обобщенных минимизирующих последовательностей в выпуклых задачах условной оптимизации”, Вестн. Удмуртск. ун-та. Матем. Мех. Компьют. науки, 30:3 (2020), 410-428.
  8. Дж. Варга, Оптимальное управление дифференциальными и функциональными уравнениями, Наука, М., 1977.
  9. Е.Г. Гольштейн, Теория двойственности в математическом программировании и ее приложения, Наука, М., 1971.
  10. О.А. Ладыженская, В.А. Солонников, Н.Н. Уральцева, Линейные и квазилинейные уравнения параболического типа, Наука, М., 1967;
  11. В.И. Плотников, “Теоремы единственности, существования и априорные свойства обобщенных решений”, Докл. АН СССР, 165:1 (1965), 33-35.
  12. М.И. Сумин, “Регуляризованный градиентный двойственный метод решения обратной задачи финального наблюдения для параболического уравнения”, Журн. вычисл. матем. и матем. физ., 44:11 (2004), 2001-2019.
  13. В.М. Алексеев, В.М. Тихомиров, С.В. Фомин, Оптимальное управление, Наука, М., 1979.
  14. М.И. Сумин, “Регуляризованная параметрическая теорема Куна-Таккера в гильбертовом пространстве”, Журн. вычисл. матем. и матем. физ., 51:9 (2011), 1594-1615.
  15. М.И. Сумин, “Недифференциальные теоремы Куна-Таккера в задачах на условный экстремум и субдифференциалы негладкого анализа”, Вестник российских университетов. Математика, 25:131 (2020), 307-330.
  16. P.D. Loewen, Optimal Control via Nonsmooth Analysis. V. 2, CRM Proceedings and Lecture Notes, Amer. Math. Soc., Providence, 1993.
  17. С.Г. Крейн, Линейные уравнения в банаховом пространстве, Наука, М., 1971.
  18. В.А. Треногин, Функциональный анализ, Наука, М., 1980.
  19. В.И. Плотников, “Энергетическое неравенство и свойство переопределенности системы собственных функций”, Изв. АН СССР. Сер. математическая, 32:4 (1968), 743-755.
  20. E. Casas, “Pontryagin’s principle for state-constrained boundary control problems of semilinear parabolic equations”, SIAM J. Control Optim., 35 (1997), 1297-1327.
  21. О.В. Бесов, В.П. Ильин, С.М. Никольский, Интегральные представления функций и теоремы вложения, Наука, М., 1975.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».