Все выпуски

В работе рассматривается задача оптимального управления одномерным процессом, заданным стохастическим дифференциальным уравнением, в котором управление воздействует как на коэффициент сноса, так и на коэффициент диффузии, при этом диффузионная составляющая линейна по управлению $$dx(t) = b(t,x(t),u(t))dt +\sigma(t,x(t))u(t)dW(t),\qquad x(0) = x_0.$$ Здесь $x(t)$ - фазовая координата, $u(t)$ - управляющая функция, $W(t)$ - винеровский процесс. Доказана теорема, которая предоставляет структуру решения рассматриваемого уравнения в виде суперпозиции функций $x(t)=Φ(t,u(t)W(t)+y(t))$, в котором $Φ(t,v)$ - известная функция, полностью определяющаяся коэффициентом $σ(t,x)$, и не зависит от управления, а $y(t)$ - решение потраекторно-детерминированного дифференциального уравнения с мерой вида

$$dy(t) = B(t,y(t),u(t))dt - W(t)du(t).$$

Выявленная структура решения позволяет вместо исходной стохастической задачи оптимального управления исследовать новую эквивалентную задачу с фазовой переменной $y(t)$, которая является потраекторно-детерминированной задачей оптимального импульсного управления. При детерминированном рассмотрении новой задачи решения последней могут оказаться упреждающими функциями, поэтому в работе предлагается метод, который позволяет добиться неупреждаемости оптимальных решений. Суть метода заключается в модификации функционала потерь в новой потраекторно-детерминированной задаче специальным образом подобранным интегральным слагаемым, которое позволяет гарантировать неупреждаемость решений.

We consider an optimal control problem for a one-dimensional process driven by stochastic differential equation, which has both drift and diffusion coefficients controlled, diffusion being linear in control

$$dx(t) = b(t,x(t),u(t))dt +\sigma(t,x(t))u(t)dW(t), \qquad x(0) = x_0,$$

where $x(t)$ is the state variable, $u(t)$ is the control variable and $W(t)$ is the Wiener process. We prove a theorem which gives a structure of solution for the considered differential equation as a superposition of functions $x(t)=Φ(t,u(t)W(t)+y(t))$, where $Φ(t,v)$ is the known function, which is completely determined by the diffusion coefficient σ(t,x) and is independent of control, and $y(t)$ is the solution to the pathwise-deterministic measure-driven differential equation

$$dy(t) = B(t,y(t),u(t))dt - W(t)du(t).$$

The revealed structure of the solution enables us to consider a new pathwise-deterministic impulsive optimal control problem with the state variable $y(t)$ which is equivalent to the original stochastic optimal control problem. Pathwise problems may have anticipative solutions, so we propose a method that makes it possible to build nonanticipative optimal solutions. The basic idea of the method is to modify cost functional in new pathwise problem with special integral term, which guarantees nonanticipativity of solutions.

В статье рассмотрены методы для обнаружения особых точек на аффинной гиперповерхности или подтверждения гладкости этой гиперповерхности. Наш подход основан на построении касательных прямых к данной гиперповерхности. Существование хотя бы одной особой точки накладывает ограничение на алгебраическое уравнение, определяющее совокупность касательных прямых, проходящих через выделенную точку в пространстве. Это уравнение основано на формуле для дискриминанта многочлена от одной переменной. Для произвольно фиксированной степени гиперповерхности нами предложен детерминированный алгоритм полиномиального времени для вычисления базиса в подпространстве соответствующих многочленов. Если линейная комбинация таких многочленов не обращается в нуль на гиперповерхности, то гиперповерхность гладкая. Мы формулируем достаточное условие гладкости, проверяемое за полиномиальное время. Для некоторых гладких аффинных гиперповерхностей это условие выполнено. Этот набор включает графики кубических многочленов от нескольких переменных, а также другие примеры кубических гиперповерхностей. С другой стороны, это условие не выполняется для некоторых кубических гиперповерхностей высокой размерности. Это не мешает применению метода в низких размерностях. Также поиск особых точек важен для решения некоторых задач машинного зрения, в том числе для обнаружения угла у препятствия по последовательности кадров с одной камеры на движущемся транспортном средстве.

The article focuses on methods to look for singular points of an affine hypersurface or to confirm the smoothness of the hypersurface. Our approach is based on the description of tangent lines to the hypersurface. The existence of at least one singular point imposes a restriction on the algebraic equation that determines the set of tangent lines passing through the selected point of the space. This equation is based on the formula for the discriminant of a univariate polynomial. For an arbitrary fixed hypersurface degree, we have proposed a deterministic polynomial time algorithm for computing a basis for the subspace of the corresponding polynomials. If a linear combination of these polynomials does not vanish on the hypersurface, then the hypersurface is smooth. We state a sufficient smoothness condition, which is verifiable in polynomial time. There are smooth affine hypersurfaces for which the condition is satisfied. The set includes the graphs of cubic polynomials in many variables as well as other examples of cubic hypersurfaces. On the other hand, the condition is violated for some high-dimensional cubic hypersurfaces. This does not prevent the application of the method in low dimensions. Searching for singular points is also important for solving some problems of machine vision, including detection of a corner by means of the frame sequence with one camera on a moving vehicle.

Данная работа посвящена исследованию инвариантных множеств управляемых систем с импульсными воздействиями, параметризованных метрической динамической системой. Такими системами описываются различные стохастические модели популяционной динамики, экономики, квантовой электроники и механики. Получены условия существования инвариантных множеств для множества достижимости системы и условия асимптотического приближения решений системы к заданному множеству. Результаты работы проиллюстрированы на примерах развития популяции, подверженной промыслу, когда моменты и размеры промысловых заготовок являются случайными величинами. Для данных моделей исследованы различные динамические режимы развития, которые существенно отличаются от режимов детерминированных моделей и более полно отображают процессы, происходящие в реальных экологических системах. Получены условия, при которых размер популяции находится в заданном множестве, и условия асимптотического вырождения популяции с вероятностью единица, также приведены оценки для математического ожидания и дисперсии времени вырождения популяции.

This work is devoted to the investigation of invariant sets of control systems with impulse influences that are parameterized by a metric dynamic system. Such systems describe various stochastic models of population dynamics, economy, quantum electronics and mechanics. We obtain the conditions of existence of invariant sets for the attainability set of system as well as conditions of asymptotic approach of system solutions to a given set. The obtained results are illustrated by examples of population dynamics which is subject to crafts, when the moments of trade preparations and the sizes of these preparations are random variables. For given models we investigate various dynamic modes of development which essentially differ from modes of the deterministic models and better display the processes occurring in real ecological systems. Conditions under which the population size is in the given set and conditions of asymptotic extinction of population with probability equal to one are received; estimations for a mathematical expectation and a dispersion of time of population extinction are also obtained.