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arXiv 1906.00540math.NAcs.NAmath.OC
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一种用于分数扩散稀疏最优控制的自适应有限元方法

An adaptive finite element method for the sparse optimal control of fractional diffusion

Universidad Técnica Federico Santa María(费德里科·萨玛拉科技大学)

Enrique Otarola

AI总结:

本文提出并分析了一个后验误差估计器,用于包含非可导成本函数、分数扩散和控制约束的偏微分方程约束优化问题。通过将分数扩散表示为非均匀PDE的Dirichlet到Neumann映射,并提出一个等价的最优控制问题,设计了一个后验误差估计器,该估计器由四个贡献组成:两个与状态和伴随方程的近似有关,两个与控制变量的离散化及其子梯度有关。状态和伴随方程的离散化贡献依赖于加权Sobolev空间中的各向异性误差估计器。证明了所提出的后验误差估计器在合适假设下是局部有效且可靠的,并设计了自适应方案,使得在进行的示例中获得最优的实验收敛率。

摘要:

我们提出并分析了一个后验误差估计器,用于包含非可导成本函数、分数扩散和控制约束的偏微分方程约束优化问题。我们通过将分数扩散表示为非均匀PDE的Dirichlet到Neumann映射,提出一个等价的最优控制问题,其包含局部状态方程。对于此类等价问题,我们设计了一个后验误差估计器,该估计器可以定义为四个贡献的总和:两个与状态和伴随方程的近似有关,两个与控制变量的离散化及其相关子梯度有关。与状态和伴随方程离散化相关的贡献依赖于加权Sobolev空间中的各向异性误差估计器。我们证明所提出的后验误差估计器在合适假设下是局部有效且可靠的。我们设计了一个自适应方案,使得在进行的示例中获得最优的实验收敛率。

英文摘要:

We propose and analyze an a posteriori error estimator for a PDE-constrained optimization problem involving a nondifferentiable cost functional, fractional diffusion, and control-constraints. We realize fractional diffusion as the Dirichlet-to-Neumann map for a nonuniformly PDE and propose an equivalent optimal control problem with a local state equation. For such an equivalent problem, we design an a posteriori error estimator which can be defined as the sum of four contributions: two contributions related to the approximation of the state and adjoint equations and two contributions that account for the discretization of the control variable and its associated subgradient. The contributions related to the discretization of the state and adjoint equations rely on anisotropic error estimators in weighted Sobolev spaces. We prove that the proposed a posteriori error estimator is locally efficient and, under suitable assumptions, reliable. We design an adaptive scheme that yields, for the examples that we perform, optimal experimental rates of convergence.

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来,可能存在错误,请以论文正文为准。

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