กลับไปหน้าบทความ

อ่าน 4 นาที

การหาค่าเหมาะสมที่สุดภายใต้ข้อจำกัดของสมการอนุพันธ์ย่อย

การเพิ่มประสิทธิภาพทางคณิตศาสตร์/การควบคุมที่เหมาะสมที่สุด/สมการเชิงอนุพันธ์ย่อย

การหาค่าเหมาะสมที่สุดภายใต้ ข้อจำกัดของ PDEเป็นส่วนย่อยของการหาค่าเหมาะสมที่สุดทางคณิตศาสตร์โดยที่ข้อจำกัด อย่างน้อยหนึ่งข้อ สามารถแสดงได้ในรูปของสมการเชิงอนุพันธ์ย่อย...

การหาค่าเหมาะสมที่สุดภายใต้ข้อจำกัดของสมการอนุพันธ์ย่อย

การหาค่าเหมาะสมที่สุดภายใต้ ข้อจำกัดของ PDEเป็นส่วนย่อยของการหาค่าเหมาะสมที่สุดทางคณิตศาสตร์โดยที่ข้อจำกัด อย่างน้อยหนึ่งข้อ สามารถแสดงได้ในรูปของสมการเชิงอนุพันธ์ย่อย [ 1 ] โดเมนทั่วไปที่ปัญหาเหล่านี้เกิดขึ้น ได้แก่อากาศพลศาสตร์พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ การแบ่งส่วนภาพและปัญหาผกผัน[ 2 ] สูตรมาตรฐานของการหาค่าเหมาะสมที่สุดภาย ใต้ข้อจำกัดของ PDE ที่พบในหลายสาขาวิชามีดังนี้: [ 3 ]นาทีy,คุณ12yy^แอล2(Ω)2+เบต้า2คุณแอล2(Ω)2,สตดีy=คุณ{\displaystyle \min _{y,u}\;{\frac {1}{2}}\|y-{\widehat {y}}\|_{L_{2}(\Omega )}^{2}+{\frac {\beta }{2}}\|u\|_{L_{2}(\Omega )}^{2},\quad {\text{st}}\;{\mathcal {D}}y=u}ที่ไหนคุณ{\displaystyle u}เป็นตัวแปรควบคุมและแอล2(Ω)2{\displaystyle \|\cdot \|_{L_{2}(\โอเมก้า )}^{2}}คือค่ามาตรฐานยูคลิด กำลังสอง และไม่ใช่ค่ามาตรฐานเอง โดยทั่วไปแล้วจะไม่มีวิธีแก้ปัญหาแบบปิดสำหรับปัญหาการหาค่าเหมาะสมที่สุดที่ถูกจำกัดด้วย PDE ซึ่งจำเป็นต้องมีการพัฒนาวิธีการเชิงตัวเลข[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

แอปพลิเคชัน

การควบคุมระบบการเคลื่อนที่ของแบคทีเรียอย่างเหมาะสม

ตัวอย่างต่อไปนี้มาจากหน้า 20-21 ของ Pearson [ 3 ]เคโมแท็กซิสคือการเคลื่อนที่ของสิ่งมีชีวิตเพื่อตอบสนองต่อสิ่งเร้าทางเคมีภายนอก ปัญหาหนึ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือการจัดการพลวัตเชิงพื้นที่ของแบคทีเรียที่อยู่ภายใต้เคโมแท็กซิสเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ สำหรับความหนาแน่นของเซลล์z(ที,x){\displaystyle z(t,{\bf {x}})}และความหนาแน่นความเข้มข้นซี(ที,x){\displaystyle c(t,{\bf {x}})}สำหรับสารดึงดูดทางเคมีนั้น สามารถกำหนดปัญหาการควบคุมขอบเขตได้:นาทีz,ซี,คุณ12Ω[z(ที,x)z^]2+γซี2Ω[ซี(ที,x)ซี^]2+γคุณ20ทีΩคุณ2{\displaystyle \min _{z,c,u}\;{1 \over {2}}\int _{\Omega }\left[z(T,{\bf {x}})-{\widehat {z}}\right]^{2}+{\gamma _{c} \over {2}}\int _{\Omega }\left[c(T,{\bf {x}})-{\widehat {c}}\right]^{2}+{\gamma _{u} \over {2}}\int _{0}^{T}\int _{\partial \Omega }u^{2}}ที่ไหนz^{\displaystyle {\วงกว้าง {z}}}ความหนาแน่นของเซลล์ที่เหมาะสมคืออะไรซี^{\displaystyle {\widehat {c}}}คือความหนาแน่นความเข้มข้นที่เหมาะสม และคุณ{\displaystyle u}คือตัวแปรควบคุม ฟังก์ชันเป้าหมายนี้ขึ้นอยู่กับพลวัตดังต่อไปนี้:zทีดีzΔzα[ซี(1+ซี)2z]=0ในΩซีทีΔซี+ρซีz21+z2=0ในΩzn=0บนΩซีn+ζ(ซีคุณ)=0บนΩ{\displaystyle {\begin{aligned}{\partial z \over {\partial t}}-D_{z}\Delta z-\alpha \nabla \cdot \left[{\nabla c \over {(1+c)^{2}}}z\right]&=0\quad {\text{in}}\quad \Omega \\{\partial c \over {\partial t}}-\Delta c+\rho cw{z^{2} \over {1+z^{2}}}&=0\quad {\text{in}}\quad \Omega \\{\partial z \over {\partial n}}&=0\quad {\text{on}}\quad \partial \Omega \\{\partial c \over {\partial n}}+\zeta (cu)&=0\quad {\text{on}}\quad \partial โอเมก้า \end{aligned}}}ที่ไหนΔ{\displaystyle \Delta }คือตัวดำเนินการลาปลา

ดูเพิ่มเติม

อ่านเพิ่มเติม

  • Antil, Harbir; Kouri, Drew. P; Lacasse, Martin-D.; Ridzal, Denis (2018). Frontiers in PDE-Constrained Optimization . The IMA Volumes in Mathematics and its Applications, Springer. ISBN 978-1493986354.
  • Tröltzsch, Fredi (2010). การควบคุมที่เหมาะสมที่สุดของสมการเชิงอนุพันธ์ย่อย: ทฤษฎี วิธีการ และการประยุกต์ใช้การศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาทางคณิตศาสตร์ สมาคมคณิตศาสตร์อเมริกันISBN 978-0-8218-4904-0.
  • บทนำโดยสังเขปเกี่ยวกับการหาค่าเหมาะสมที่สุดภายใต้ข้อจำกัดของสมการเชิงอนุพันธ์ย่อย
  • การหาค่าเหมาะสมที่สุดแบบมีข้อจำกัดของ PDE
  • ตัวแก้ปัญหาที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพภายใต้ข้อจำกัดของสมการเชิงอนุพันธ์ย่อย
  • ปัญหาจำลองในการหาค่าเหมาะสมที่สุดภายใต้ข้อจำกัดของสมการเชิงอนุพันธ์ย่อย
ดึงข้อมูลมาจาก " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=PDE-constrained_optimization&oldid=1315103331 "

สรุปเนื้อหา

ข้อมูลสำคัญจากบทความ

ข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับ การหาค่าเหมาะสมที่สุดภายใต้ข้อจำกัดของสมการอนุพันธ์ย่อย

การหาค่าเหมาะสมที่สุดภายใต้ ข้อจำกัดของ PDEเป็นส่วนย่อยของการหาค่าเหมาะสมที่สุดทางคณิตศาสตร์โดยที่ข้อจำกัด อย่างน้อยหนึ่งข้อ สามารถแสดงได้ในรูปของสมการเชิงอนุพันธ์ย่อย...

แอปพลิเคชัน

การเพิ่มประสิทธิภาพรูปทรงตามหลักอากาศพลศาสตร์ [ 7 ] [ 8 ] การส่งยา [ 9 ] [ 10 ] การเงินเชิงคณิตศาสตร์ [ 11 ] ระบาดวิทยา [ 12 ]

การควบคุมระบบการเคลื่อนที่ของแบคทีเรียอย่างเหมาะสม

ตัวอย่างต่อไปนี้มาจากหน้า 20-21 ของ Pearson [ 3 ] เคโมแท็กซิส คือการเคลื่อนที่ของสิ่งมีชีวิตเพื่อตอบสนองต่อสิ่งเร้าทางเคมีภายนอก ปัญหาหนึ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือการจัดการพลวัตเชิงพื้นที่ของแบคทีเรียที่อยู่ภายใต้เคโมแท็กซิสเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ต้องการ...

ดูเพิ่มเติม

มัลติฟิสิกส์ การเพิ่มประสิทธิภาพรูปทรง รหัส SU2