Lagrange principle and its regularization as a theoretical basis of stable solving optimal control and inverse problems
- Authors: Sumin M.I.1,2
-
Affiliations:
- Derzhavin Tambov State University
- Nizhnii Novgorod State University
- Issue: Vol 26, No 134 (2021)
- Pages: 151-171
- Section: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/2686-9667/article/view/294986
- DOI: https://doi.org/10.20310/2686-9667-2021-26-134-151-171
- ID: 294986
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
- Ф.П. Васильев, Методы оптимизации: в 2-х кн., МЦНМО, М., 2011.
- 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.
- М.И. Сумин, “Регуляризованные принцип Лагранжа и принцип максимума Понтрягина в оптимальном управлении и обратных задачах”, Тр. ИММ УрО РАН, 25, 2019, 279-296.
- М.И. Сумин, “О регуляризации классических условий оптимальности в выпуклых задачах оптимального управления”, Тр. ИММ УрО РАН, 26, 2020, 252-269.
- А.Н. Тихонов, В. Я. Арсенин, Методы решения некорректных задач, Наука, М., 1986.
- 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.
- 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.
- Дж. Варга, Оптимальное управление дифференциальными и функциональными уравнениями, Наука, М., 1977.
- Е.Г. Гольштейн, Теория двойственности в математическом программировании и ее приложения, Наука, М., 1971.
- О.А. Ладыженская, В.А. Солонников, Н.Н. Уральцева, Линейные и квазилинейные уравнения параболического типа, Наука, М., 1967;
- В.И. Плотников, “Теоремы единственности, существования и априорные свойства обобщенных решений”, Докл. АН СССР, 165:1 (1965), 33-35.
- 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.
- В.М. Алексеев, В.М. Тихомиров, С.В. Фомин, Оптимальное управление, Наука, М., 1979.
- М.И. Сумин, “Регуляризованная параметрическая теорема Куна-Таккера в гильбертовом пространстве”, Журн. вычисл. матем. и матем. физ., 51:9 (2011), 1594-1615.
- 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.
- P.D. Loewen, Optimal Control via Nonsmooth Analysis. V. 2, CRM Proceedings and Lecture Notes, Amer. Math. Soc., Providence, 1993.
- С.Г. Крейн, Линейные уравнения в банаховом пространстве, Наука, М., 1971.
- В.А. Треногин, Функциональный анализ, Наука, М., 1980.
- В.И. Плотников, “Энергетическое неравенство и свойство переопределенности системы собственных функций”, Изв. АН СССР. Сер. математическая, 32:4 (1968), 743-755.
- E. Casas, “Pontryagin’s principle for state-constrained boundary control problems of semilinear parabolic equations”, SIAM J. Control Optim., 35 (1997), 1297-1327.
- О.В. Бесов, В.П. Ильин, С.М. Никольский, Интегральные представления функций и теоремы вложения, Наука, М., 1975.
Supplementary files

