Semismoothness for Solution Operators of Obstacle-Type Variational Inequalities with Applications in Optimal Control
本文证明障碍型变分不等式解算子的 Newton 可微性,并据此构造半光滑 Newton 方法求解带 H1 代价和控制约束的最优控制问题,验证其超线性收敛与网格无关性。
2023-06-08 math.OC
A Globally Linearly Convergent Method for Pointwise Quadratically Supportable Convex-Concave Saddle Point Problems
研究了Drori、Sabach和Teboulle最近提出的求解由光滑凸函数、有限个非光滑凸函数和双线性项组成的非光滑结构凸凹鞍点问题的\emph{Proximal Alternating Predictor-Corrector}(PAPC)算法.我们引入逐点二次可支持性的概念,这是一个放松的标准强凸性假设,并允许我们表明,原始序列是R-线性收敛到一个最优解和原始对偶序列是全局Q-线性收敛。我们说明所提出的方法全变差去噪问题和局部自适应估计信号/图像反卷积和去噪与多分辨率统计约束。
2017-02-28 math.OC
Solving polynomial variational inequality problems via Lagrange multiplier expressions and Moment-SOS relaxations
本文研究了含有映射和可行集的变分不等式问题(简称多项式变分不等式),其可行集由多项式函数刻画(即多项式变分不等式).我们提出了一个数值算法计算解决方案的多项式VIP的基础上拉格朗日乘子表达式和Moment-SOS层次的半定松弛。我们还扩展了我们的方法,找到更多甚至所有的解决方案多项式VIP。我们表明,本文提出的方法可以找到解决方案或检测不存在的解决方案,在许多步骤,在一些一般的假设。此外,我们还证明了如果VIP是由一般多项式给出的,那么它有200多个Karush-Kuhn-Tucker点,并且我们的方法可以在200多步内求解它。数值实验表明了所提方法的有效性。
2023-03-21 math.OC
Occupation measure relaxations in variational problems: the role of convexity
这项工作解决了占领措施放松变分问题,这是一个无限维线性规划放松服从数值逼近的半定最优化问题的层次。我们解决这个问题的等价性放松到原来的问题。我们的主要结果为这种等价性提供了充分条件。这些条件,围绕凸性的数据,是简单的,适用于非常一般的设置,可以是任意尺寸,并可能包括逐点和积分约束,从而大大加强现有的结果。我们的条件也扩展到最优控制问题。此外,我们演示了如何将这些结果可以应用在非凸设置,表明占领措施放松至少是一样强的凸化使用凸包络,在这样做,我们证明了一定的削弱占领措施放松是等同于凸包络。这开辟了道路的应用程序的占领措施松弛的凸包络松弛的情况下,已知是相当于原来的问题,其中包括问题的磁性和弹性。
2023-03-04 math.OC
Robust pointwise second order necessary conditions for singular stochastic optimal control with model uncertainty
School of Mathematics and Statistics, Beijing Institute of Technology(北京理工大学数学与统计学院)
本文提出了一种针对具有模型不确定性的奇异随机最优控制问题的鲁棒点wise二次必要条件,结合凸变分方法和极小极大定理,通过例子验证了方法的有效性。
2025-12-06 math.OC
A New Error Analysis for a Point Tracking Elliptic Distributed Optimal Control Problem with Pointwise Control Constraints
Louisiana State University(路易斯安那州立大学)
本文针对带点跟踪和点态控制约束的线性二次椭圆型分布最优控制问题,在统一框架下对标准有限元离散与变分离散开展误差分析,其自包含性依托有限元分析标准技术与椭圆型偏微分方程经典结果。
2026-08-06 cs.NA math.NA math.OC
Duality of convex relaxations for constrained variational problems
我们证明了弱对偶最近两个凸松弛法之间的约束变分问题,其中的目标是一个积分泛函的最优值的边界。第一种方法,由Valmorbida等人提出(IEEE自动化学报)。Control 61(6):1649--1654,2016),用在充分光滑函数上的凸程序代替变分问题,服从逐点非负约束。第二种方法由Korda等人讨论(arXiv:1804.07565v1 [math.OC]),将变分问题松弛为缩放概率测度上的凸规划。我们还证明了这些无穷维凸规划之间的对偶性是强的,这意味着它们的最优值重合,当变分问题中的容许函数的范围和梯度被约束到有界集。对于多项式数据的变分问题,每个凸松弛的最优值可以通过求解有限维半定规划的弱对偶族来逼近。这些都是强对偶标准约束规格条件下,无论是否强对偶持有无限维水平。因此,这两种松弛方法对于计算的目的是等效的。
2019-06-28 math.AP math.OC
Relaxation and Purification for Nonconvex Variational Problems in Dual Banach Spaces: The Minimization Principle in Saturated Measure Spaces
我们制定bang-bang,净化,并在对偶巴拿赫空间与Gelfand积分的最小化原则,并提供了一个完整的表征有限测度空间的饱和性质。我们还提出了一个新的应用程序的松弛技术的大型经济与无限维的商品空间,代理商的空间被建模为一个有限的测度空间。我们提出了一个“放松”的大型经济体,这被视为一个合理的凸化的原始经济。在饱和假设下,松弛和纯化技术使我们能够证明帕累托最优分配的存在性,而不需要凸性假设。
2017-05-04 math.FA math.OC
Variational Analysis of a Nonconvex and Nonsmooth Optimization Problem: An Introduction
本文以有限维复合优化问题为背景,综述变分分析的核心概念,涵盖次梯度、最优性条件、对偶问题推导及二阶理论在稳定性分析中的应用。
2025-04-04 math.OC
Error estimates for a pointwise tracking optimal control problem of a semilinear elliptic equation
考虑一类半线性椭圆型偏微分方程的逐点跟踪最优控制问题。我们推导出最优解的存在性,并分析了第一,必要和充分,二阶最优性条件。我们设计了两种离散化策略,以近似的解决方案的最优控制问题:一个半离散计划的控制变量是不离散-所谓的变分离散化途径-和一个完全离散计划的控制变量是离散化与分段常数函数。对于这两种解决方案的技术,我们分析了离散化的收敛性,并推导出误差估计。
2021-12-15 cs.NA math.NA math.OC
McCormick envelopes in mixed-integer PDE-constrained optimization
Argonne National Laboratory(阿贡国家实验室);TU Dortmund University(多特蒙德工业大学)
本文研究了混合整数PDE约束优化中McCormick包络的应用,通过离散化和优化方法改进凸松弛,验证了其在解决此类问题中的有效性。
2026-01-05 math.OC
Relaxation in infinite convex programming under Slater-type regularity conditions
University of Chile(智利大学);University of Alicante(阿利坎特大学)
本文研究了在Slater型正则条件下,无限凸规划与二共轭松弛之间的零对偶间隙问题,并将其应用于对偶理论。
2026-02-05 math.FA math.OC
Convex Relaxations for Global Optimization Under Uncertainty Described by Continuous Random Variables
本文考虑由连续随机变量描述的不确定性非凸全局优化问题。这样的问题出现在化工过程设计,可再生能源系统,随机模型预测控制等,在这里,我们限制我们的注意力与期望值的目标和无追索权的决策问题。原则上,这些问题可以使用空间分支定界(B & B)全局解决。然而,B & B需要在搜索空间的子区间上约束最优目标值的能力,并且现有技术通常不适用,因为期望值目标通常不能以封闭形式写入。为了解决这个问题,本文提出了一种计算非凸期望值函数的凸松弛和凹松弛的新方法,该方法可用于获得B & B中使用的严格界。此外,这些松弛服从二阶逐点收敛性质,这是足够的有限终止的B & B在标准假设下。三个简单的例子的实证结果。
2017-09-26 math.OC
Analysis of Four-Dimensional Variational Data Assimilation Problems in Low Regularity Spaces
本文利用极大抛物正则性工具,严格分析了抛物型偏微分方程的4D-VAR资料同化问题,在低正则性空间中证明了最优控制的存在性及一阶和二阶最优性条件。
2025-05-29 math.OC
Finite Element Methods for One Dimensional Elliptic Distributed Optimal Control Problems with Pointwise Constraints on the Derivative of the State
研究了一维椭圆分布最优控制问题的$C^1$有限元法,该问题的状态导数具有逐点约束,状态变量表示为四阶变分不等式.对于Dirichlet边界条件的问题,我们利用已有的$H^{\frac52-ε}$正则性结果得到了最优状态在$H^2$范数下的近似解的$O(h^{\frac12-ε})$收敛性.对于混合Dirichlet和Neumann边界条件的问题,我们证明了在适当的数据假设下,最优状态属于$H^3$,并得到了最优状态在$H^2$范数下的逼近的$O(h)$收敛性.
2020-01-29 cs.NA math.NA math.OC
Variational Methods for Optimal Multimaterial Composites and Optimal Design
本文概述了新的变分技术,寻找最佳的多材料复合材料的微观结构,复合材料性能的界限,和多材料最优设计。翻译方法,用于精确的两种材料的界限补充了额外的逐点不等式的应力在材料内的最佳复合材料。该方法导致准确的多材料的界限,并提供了一个提示,可能是多秩层压板或各向同性复合材料,“车轮装配”的最佳结构。制定的非凸多阱变分问题的拉格朗日等于最适合的加载微结构加上所用材料的成本的能量;该技术提高了该拉格朗日的拟凸包络的下限和上界。对二维弹性复合材料问题进行了详细的描述,特别是计算了弹性能量三阱拉格朗日函数的拟凸包络的各向同性分量。所得到的结果适用于计算的最佳多材料弹性设计,这样的设计的一个例子。最后,最佳的“车轮组装”的推广和新颖的类型的奇异的微结构与不寻常的性能进行了描述。
2014-03-06 math.OC
Optimality Bounds for a Variational Relaxation of the Image Partitioning Problem
University of Heidelberg(海德堡大学);University of Cambridge(剑桥大学)
我们考虑一类最优划分和多类标记问题的变分凸松弛,最近已被证明是相当成功的,可以被看作是一个连续的模拟线性规划(LP)松弛方法的有限维问题。虽然对于后者的情况下,几个最优性界限是已知的,据我们所知,没有这样的界限存在于连续设置。我们提供了这样一个界通过分析概率舍入方法,表明它是可能的,以获得一个完整的解决方案,原来的分区问题的解决方案的放松问题的先验上限的目标,确保质量的结果从优化的观点。这种方法有一个自然的解释,作为一个近似的,多类的著名coarea公式的变体。
2011-12-05 cs.CV math.CO math.FA
Existence and relaxation for optimal control governed by steady, quasilinear PDEs
本文研究椭圆型拟线性 PDE 约束的最优控制,分别分析变分状态方程、非变分单调算子及含散度外非线性项三种情形,证明前两类最优解存在并为第三类建立松弛框架。
2024-01-19 math.OC
Optimal Rates for Federated Variational Inequalities under different relaxations of bounded variance assumption
Innopolis University(伊诺波利斯大学);Lomonosov Moscow State University(莫斯科国立罗蒙诺索夫大学);HSE University(高等经济大学);Trusted AI Research Center, RAS(俄罗斯科学院可信人工智能研究中心);Steklov Mathematical Institute, RAS(俄罗斯科学院斯捷克洛夫数学研究所)
该研究针对不同松弛的有界方差假设,分析联邦变分不等式的插值效应,改进了多类变分不等式的速率界,部分结果匹配极小极大下界,还提出了无SGC假设的加速算法。
2026-10-12 math.OC
A bilevel learning approach for optimal observation placement in variational data assimilation
在本文中,我们提出了一个双层优化方法的空间和时间观测的位置变分资料同化问题。在监督学习的框架内,我们考虑了一个双层问题,其中下层任务是半线性系统初始条件的变分重构,上层问题借助于稀疏诱导函数求解最优布局。由于观测值的逐点性质,得到了具有正则Borel测度的最优性系统作为下层问题的必要最优性条件。后者被认为是对上层实例的约束,产生一个多状态系统的措施约束下的最优化问题。我们证明了拉格朗日乘子的存在性,并推导出一个必要的最优性系统的特点的最优解的双层问题。数值解也在两个层次上进行。下层问题使用标准的BFGS方法解决,而上层问题通过基于$ε$ -活动集估计的投影BFGS算法解决。最后给出了一些数值实验来说明我们的方法的主要特点。
2019-10-08 math.OC
A convex analysis approach to optimal controls with switching structure for partial differential equations
混合二进制连续控制成本的最优控制问题是具有挑战性的,因为它们缺乏凸性和弱下半连续性。用它们的凸松弛替换这些代价导致了一个原始-对偶最优性系统,该系统允许显式逐点表征,并且其Moreau-Yosida正则化服从函数空间中的半光滑牛顿方法。这种方法特别适用于计算偏微分方程的切换控制。在这种情况下,原始功能和它的松弛之间的最优性差距可以估计,并显示为零的切换结构的控制。数值例子说明了这种方法的有效性。
2017-02-24 math.OC
Signal Classification in Quotient Spaces via Globally Optimal Variational Calculus
模式识别中普遍存在的问题是将观察到的随时间演变的模式(或信号)与金标准相匹配,以便识别或表征动态现象的含义。示例包括匹配两个视频中的图像序列,匹配语音识别中的音频信号,或匹配机器人动作识别中的帧轨迹。本文表明,所有这些问题都可以通过重新参数化每个信号的时间依赖性单独到一个通用的标准时标,允许逐点比较在每个时刻的帮助。给定两个序列,每个序列具有$N$时间步长,算法的复杂度具有$O(N)$的成本,这是对用于匹配两个信号的最常见方法的改进,即,动态时间扭曲这里提出的方法的核心是,通用的标准时间尺度是通过解决变分问题,其中的成本功能反映的变化量发生在原来的时间变量测量,然后产生一个映射到一个新的时间变量中的变化量是全局最小化。这个结果建立在微分几何中的已知事实上。
2017-04-20 math.OC
Complexity of the relaxed Peaceman-Rachford splitting method for the sum of two maximal strongly monotone operators
本文考虑松弛的PR分裂方法,用于求一类单调包含的近似解,该包含的基础算子是两个极大强单调算子之和.使用一般的结果在设置一个非欧几里德的混合近端的extragradiation框架,我们延长了以前的收敛结果松弛PR分裂方法产生的迭代,以及建立新的逐点遍历收敛速度的方法,每当一个相关的松弛因子是在一定的区间内的结果。最后通过一个例子说明了当松弛因子在此区间外时,迭代可能不收敛。
2017-11-06 math.OC
Orlicz space relaxation of total variation denoising
University of Graz(格拉茨大学);TU Wien(维也纳工业大学)
本文提出一种基于Orlicz空间松弛的全变分去噪模型,通过对数密度校正减少阶梯效应,并证明其收敛到ROF模型。
2026-09-23 math.AP math.FA math.OC
Convex variational methods for multiclass data segmentation on graphs
基于图的变分方法最近已被证明是非常有竞争力的各种分类问题的高维数据,但本质上是难以处理的优化的角度来看。本文提出了一个凸松弛的一组特定的基于图的多类数据分割问题,具有区域同质性条款,监督信息和/或某些约束或惩罚条款的类大小。具体应用包括高维数据的半监督分类和非结构化3D点云的无监督分割。理论分析表明,凸松弛密切接近原来的NP难问题,这些观察也证实了实验。一个有效的基于对偶的算法,处理所有的约束条件的标签功能隐式。半监督分类的实验表明,一贯更高的精度比相关的本地最小化方法,相当当训练数据不均匀分布在数据集。在三个基准数据集上,其准确性与广泛的其他已建立的方法相比也具有很强的竞争力。实验上的三维点云采集的激光雷达在室外场景中,表明场景可以准确地分割成对象类,如植被,地平面和人造结构。
2017-02-16 math.OC
An overlapping waveform-relaxation preconditioner for economic optimal control problems with state constraints
本文考虑一类抛物型经济最优控制问题。这些问题的特点是逐点的状态约束正则化的参数,它转换为混合控制状态的纯状态约束。然而,经典的(半光滑)牛顿法的收敛性恶化的正则化参数的值减小。为了解决这个问题,一个非线性预处理器。这是基于重叠优化波形-松弛法,其特征在于罗宾传输条件。数值实验表明,适当选择的重叠和罗宾参数导致一个预条件牛顿法的鲁棒收敛对状态约束正则化参数。
2021-03-27 cs.NA math.NA math.OC
Sum-of-Squares Relaxations for Information Theory and Variational Inference
本文针对 $f$-散度相关的矩估计、归一化积分和变分推断问题,提出基于平方和与谱信息散度的凸松弛及可处理凸优化算法,在保留凸性或单调性的同时实现多项式时间计算。
2023-09-18 cs.IT cs.LG math.IT
A Global Method for Relaxation for Multi-levelled Structured Deformations
本文提出一种全局松弛方法,证明了分层结构化形变框架下一类变分泛函的积分表示,并展示其在具体松弛问题中的应用。
2024-03-04 math.AP math.OC
Towards a Theory of Multi-Parameter Geometrical Variational Problems: Fibre Bundles, Differential Forms and Riemannian Quasiconvexity
我们关心的是放松和存在理论的一般类的几何极小化问题,通过微分形式定义的作用积分纤维束。我们发现自然的代数和分析条件,从而产生一个放松理论。此外,我们提出了黎曼流形上变量为微分形式的费用函数的“黎曼拟凸”概念,推广了欧氏空间中经典的拟凸条件。在黎曼拟凸性条件下,极小解的存在性得到了证明。这项工作可以作为一个尝试性的概括的框架,在最近的文件:B。Dacorogna和W. Gangbo,拟凸性和松弛在封闭微分形式的最佳运输,\textit{Arch. Ration. Mech. Anal.}(2019),出现。DOI:\texttt{https://doi.org/10.1007/s00205-019-01390-9}。
2019-05-04 math.AP math.OC
Proximal Galerkin: A structure-preserving finite element method for pointwise bound constraints
本文提出近端Galerkin有限元方法,用于求解具有点态约束的变分问题,通过引入LVPP算法和熵泊松方程,实现保结构的高阶离散,并应用于自由边界、离散极大值原理及拓扑优化,提供开源实现。
2024-12-17 cs.NA math.NA math.OC
The gap between a variational problem and its occupation measure relaxation
CNRS(法国国家科学研究中心;系统分析与实验室);LAAS(布拉格捷克理工大学电气工程学院);Faculty of Electrical Engineering, Czech Technical University in Prague(挪威北极大学数学与统计系);Department of Mathematics and Statistics, UiT The Arctic University of Norway
本文研究变分问题与最优控制问题在单变量情况下的极值一致性,证明了在单变量情况下经典极值与松弛极值一致,并通过反例说明多变量情况下可能存在正差距,同时指出松弛占据测度在某些情况下更具概念优势。
2026-04-30 math.AP math.OC
Convex Variational Image Restoration with Histogram Priors
我们提出了一种新的变分图像恢复方法(例如,去噪、修补、标记),其使得能够用基于直方图的先验强制解接近某个给定的经验测量来补充已建立的变分方法。通过最小化一个单一的目标函数,该方法同时利用两个完全不同的信息源进行恢复:空间上下文的一些平滑度和非空间统计方面的新的先验利用Wasserstein距离之间的概率测度。我们研究的功能提升技术与两个不同的放松的直方图先验的组合,并得出一个联合凸变分方法。数学等价的两个松弛建立和最优性的情况下举行了讨论。此外,我们提出了一个有效的算法方案的数值处理所提出的模型。使用基本的基于全变分的去噪方法作为案例研究的实验证明了我们新的正则化方法。
2013-07-17 cs.CV math.OC
A convex variational model for learning convolutional image atoms from incomplete data
介绍了一种用于从损坏和/或不完整数据中学习卷积图像原子的变分模型,并在函数空间和数值上进行了分析。基于提升和松弛策略,所提出的方法是凸的,并允许在一般的逆问题上下文中同时进行图像重建和原子学习。此外,出于提高数值性能的动机,本文的分析和实验中还包括半凸变体。对于这两种设置,基本的分析特性,特别是允许,以确保反问题的适定性和稳定性的结果证明在一个连续的设置。利用凸性,全局最优解进一步计算的应用程序与不完整,噪声和模糊的数据和数值结果显示。
2018-12-07 math.OC
Proximal and Contraction method with Relaxed Inertial and Correction Terms for Solving Mixed Variational Inequality Problems
University of the Witwatersrand(威特沃特斯兰德大学);University of KwaZulu-Natal(夸祖鲁-纳塔尔大学)
本文提出了一种结合松弛惯性与修正项的近端与收缩方法,用于高效求解混合变分不等式问题,并通过实验验证了其有效性。
2025-11-23 cs.NA math.NA math.OC
An SBV relaxation of the Cross-Newell energy for modeling stripe patterns and their defects
我们调查条纹图案形成远离阈值使用拓扑,解析和数值方法相结合。我们首先给出了一个定义的数学结构的“多值”相函数,需要描述分层结构或条纹图案包含缺陷。这个定义产生洞察到适当的“规范对称性”的模式,并导致制定变分问题,在类特殊功能有界变化,模型模式的缺陷。然后,我们讨论的方法来离散和数值解决这些变分问题。这些能量最小化解决方案支持具有与实验中所见相同特征的缺陷。
2022-04-10 math-ph math.AP math.MP
Variational Inference on the Boolean Hypercube with the Quantum Entropy
Inria(法国国家信息与自动化研究所);PSL Research University(巴黎文理研究大学)
针对布尔超立方体上成对 Markov 随机场的对数配分函数,本文利用 KL 散度量子松弛建立变分上界,并提出原始-对偶算法、SoS 式层次改进与贪心选择方法,通过实验对比验证其效果。
2025-02-14 cs.IT cs.LG math.IT
Variational approximation of functionals defined on 1-dimensional connected sets: the planar case
本文考虑欧氏平面上一维连通集的变分问题,如经典的Steiner树问题和灌溉(Gilbert-Steiner)问题。我们将它们与最优分割问题,并提供了一个变分近似通过Modica Mortola型能量证明一个$Γ$收敛的结果。我们还介绍了一个合适的凸松弛和开发相应的数值实现。所提出的方法是相当一般的,我们得到的结果可以推广到$n$维欧几里得空间或更一般的流形环境,如在同伴文件[11]中所示。
2018-10-13 math.AP math.OC
Sharpness and non-sharpness of occupation measure bounds for integral variational problems
本文分析两种积分变分问题下界方法(占优测度与逐点对偶松弛)在强制性条件下等价,对特定问题类精确,但对一般问题产生非尖锐下界,并通过两个非凸例子说明其局限。
2024-04-22 math.AP math.OC
The latent variable proximal point algorithm for variational problems with inequality constraints
本文提出潜变量近端点(LVPP)算法,通过鞍点重构与保结构变换,便捷地求解带不等式约束的无穷维变分问题,并在多类问题中首次实现了网格独立的数值方法。
2025-06-30 cs.NA math.NA math.OC
Slack More, Predict Better: Proximal Relaxation for Probabilistic Latent Variable Model-based Soft Sensors
本文提出KProxNPLVM,通过松弛优化目标减少近似误差,提升概率潜在变量模型在软传感器建模中的准确性。
2026-03-16 cs.LG cs.SY eess.SY
Variational interacting particle systems and Vlasov equations
Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn(波恩莱茵弗里德里希·威廉大学)
本文研究了相互作用粒子系统的优化问题,证明了临界点满足Vlasov方程,并将极小解与Hamilton-Jacobi-Bellman方程联系起来。
2024-04-05 math-ph math.AP math.MP