Generalized differential calculus and applications to optimizatio
Khám phá vi phân tổng quát và ứng dụng tối ưu hóa. Tìm hiểu sâu về lý thuyết và các bài toán thực tế trong tối ưu hóa.
Mathematical Sciences
Luan An
Luận án tiến sĩ
Năm xuất bản
Số trang
143
Thời gian đọc
22 phút
Lượt xem
0
Lượt tải
0
Phí lưu trữ
40 Point
Tổng quan nhanh
- Chủ đề:
- 1. Tiến bộ vi tích phân suy rộng, phân tích phi trơn.
- Số trang:
- 143 trang
- Trường:
- Portland State University
- Chuyên ngành:
- Mathematical Sciences
- Tác giả:
- Robert Blake Hayden Rector
- Năm:
- 2017
Tóm tắt nội dung luận án
I. Tiến bộ vi tích phân suy rộng phân tích phi trơn
Tài liệu đóng góp đáng kể vào lĩnh vực vi tích phân suy rộng. Các khái niệm đạo hàm truyền thống không đủ cho các hàm số phi trơn. Đạo hàm suy rộng cung cấp công cụ cần thiết để phân tích chúng. Nghiên cứu sử dụng một phương pháp hình học. Cách tiếp cận này giúp mở rộng các công cụ hiện có. Nó cũng tăng cường hiểu biết về các định nghĩa đạo hàm. Sự hiểu biết sâu sắc về generalized derivative là cực kỳ quan trọng. Nó mở đường cho các ứng dụng thực tế trong lý thuyết tối ưu. Sự phát triển này mở rộng phạm vi ứng dụng của giải tích. Nó cho phép xử lý các vấn đề phức tạp hơn trong nhiều lĩnh vực khoa học và kỹ thuật. Phân tích biến phân đóng vai trò nền tảng. Nó cung cấp các công cụ lý thuyết cần thiết. Nó cho phép xử lý các hàm không khả vi. Các khái niệm mới được khám phá kỹ lưỡng, bao gồm các thuộc tính và phương pháp tính toán.
1.1. Nền tảng vi tích phân suy rộng.
Công trình đặt nền móng cho việc nghiên cứu vi tích phân suy rộng. Nó tập trung vào việc phát triển các công cụ phân tích hàm số phi trơn. Các hàm này xuất hiện phổ biến trong tối ưu hóa. Các khái niệm generalized derivative được phát triển. Chúng giải quyết các hạn chế của đạo hàm cổ điển. Phương pháp hình học cung cấp một cách tiếp cận mới. Nó giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc của các đạo hàm này. Việc này cải thiện khả năng phân tích các bài toán phi trơn. Nó cũng hỗ trợ thiết kế các thuật toán tối ưu hóa hiệu quả. Phân tích biến phân là một yếu tố trung tâm. Nó cung cấp khung lý thuyết để mở rộng các khái niệm đạo hàm. Các tiến bộ này có ý nghĩa quan trọng. Chúng thúc đẩy lý thuyết tối ưu và nonlinear programming.
1.2. Vai trò phân tích phi trơn trong tối ưu.
Phân tích phi trơn là một lĩnh vực trọng tâm. Nó giải quyết các hàm số không khả vi theo nghĩa truyền thống. Nhiều bài toán trong tối ưu hóa tự nhiên dẫn đến các hàm như vậy. Ví dụ điển hình bao gồm các bài toán liên quan đến giá trị tuyệt đối hoặc hàm max/min. Tài liệu nhấn mạnh tầm quan trọng của nonsmooth analysis. Nó cần thiết cho việc thiết kế các thuật toán tối ưu hóa hiệu quả. Đặc biệt đối với bài toán phi trơn và tối ưu hóa phi lồi. Sự phát triển các khái niệm đạo hàm suy rộng giúp vượt qua hạn chế. Nó cho phép áp dụng các phương pháp tối ưu hóa vào các vấn đề thực tế hơn. Việc hiểu rõ variational analysis cũng được tăng cường. Nó hỗ trợ giải quyết các thách thức trong nonlinear programming. Các công cụ mới giúp phân tích hành vi của các hàm phi trơn. Chúng cung cấp cơ sở vững chắc cho các giải pháp tối ưu.
II. Phương pháp hình học tính cận vi phân đạo hàm suy rộng
Nghiên cứu giới thiệu một cách tiếp cận hình học mới. Cách tiếp cận này được dùng để phát triển lý thuyết. Nó cũng giúp tạo ra các công cụ phân tích. Đặc biệt, nó tập trung vào các khái niệm subgradient và Clarke subgradient. Việc tính toán cận vi phân cho các hàm phi trơn rất quan trọng. Nó là yếu tố cốt lõi trong tối ưu hóa số. Phương pháp hình học này cung cấp cái nhìn trực quan. Nó giúp đơn giản hóa quá trình xác định các cận vi phân. Các phương pháp mới được đề xuất. Chúng giúp tính toán hiệu quả hơn. Điều này đặc biệt có lợi cho các hàm phức tạp. Sự hiểu biết sâu sắc về subgradient hỗ trợ thiết kế thuật toán tối ưu hóa. Nó đảm bảo tính hội tụ và hiệu suất của các thuật toán. Các kết quả này thúc đẩy phân tích biến phân. Chúng mở rộng khả năng giải quyết các bài toán phi trơn phức tạp.
2.1. Tiếp cận hình học cho cận vi phân.
Tài liệu đề xuất một phương pháp hình học tiên tiến. Phương pháp này nhằm cải thiện việc tính toán cận vi phân. Nó áp dụng cho các hàm số phi trơn. Các khái niệm như subgradient và Clarke subgradient được nghiên cứu kỹ lưỡng. Chúng là những công cụ thiết yếu trong nonsmooth analysis. Phương pháp hình học giúp trực quan hóa cấu trúc của cận vi phân. Nó đơn giản hóa quy trình tính toán trong tối ưu hóa số. Việc này đặc biệt hữu ích cho các hàm phi lồi. Các công cụ được phát triển giúp tăng cường độ chính xác. Nó cũng cải thiện hiệu quả của các thuật toán tối ưu hóa. Điều này có ý nghĩa lớn đối với nonlinear programming. Nó cho phép giải quyết các vấn đề mà các phương pháp truyền thống không thể xử lý.
2.2. Mở rộng hiểu biết đạo hàm tập giá trị.
Nghiên cứu mở rộng hiểu biết về coderivative. Đây là một khái niệm đạo hàm suy rộng quan trọng. Nó được áp dụng cho các ánh xạ tập giá trị. Đặc biệt, coderivative được xem xét trong không gian Banach vô hạn chiều. Việc nghiên cứu coderivative trong không gian Banach mang lại nhiều thách thức. Tuy nhiên, nó cũng mở ra nhiều cơ hội mới trong variational analysis. Các công cụ lý thuyết được phát triển. Chúng giúp phân tích hành vi của các ánh xạ này. Điều này rất quan trọng cho phân tích phi trơn. Nó cũng hỗ trợ các ứng dụng trong lý thuyết tối ưu. Việc mở rộng này đóng góp vào lý thuyết generalized derivative. Nó cung cấp các công cụ mạnh mẽ hơn. Các công cụ này dùng để nghiên cứu các hệ thống phức tạp. Chúng có thể có các biến và ràng buộc đa giá trị.
III. Ứng dụng tối ưu hóa phi lồi cho bài toán vị trí
Nghiên cứu áp dụng các phương pháp tối ưu hóa vào bài toán vị trí. Đây là một lĩnh vực quan trọng trong operations research. Một ví dụ nổi bật là bài toán Fermat-Torricelli. Đây là một bài toán cổ điển. Nó tìm điểm có tổng khoảng cách đến các điểm đã cho là nhỏ nhất. Tài liệu mở rộng bài toán Fermat-Torricelli sang các dạng tổng quát hơn. Nó sử dụng phương pháp làm trơn của Nesterov. Nesterov’s method giúp chuyển đổi bài toán phi trơn. Nó biến nó thành một bài toán khả vi gần đúng. Sau đó, các thuật toán tối ưu hóa hiệu quả có thể được áp dụng. Điều này cho phép giải quyết các phiên bản phức tạp hơn. Nó bao gồm các bài toán có nhiều trọng số hoặc chuẩn khoảng cách khác nhau. Các kỹ thuật này có ý nghĩa quan trọng trong nonlinear programming. Nó cung cấp các cách tiếp cận mới cho các bài toán phi trơn.
3.1. Giải quyết bài toán vị trí Fermat Torricelli.
Công trình khám phá bài toán Fermat-Torricelli tổng quát. Bài toán này là một ví dụ điển hình của bài toán phi trơn. Nó thường xuất hiện trong tối ưu hóa. Nghiên cứu sử dụng phương pháp làm trơn của Nesterov. Kỹ thuật này giúp xấp xỉ hàm mục tiêu phi trơn. Nó biến nó thành một hàm khả vi. Điều này cho phép áp dụng thuật toán tối ưu hóa dựa trên gradient. Phương pháp này rất hiệu quả. Nó giải quyết bài toán Fermat-Torricelli với các chuẩn khoảng cách khác nhau. Nó cũng xử lý các trường hợp có trọng số. Các generalized derivative đóng vai trò quan trọng. Chúng cung cấp nền tảng lý thuyết cho việc làm trơn. Các giải pháp được phát triển hữu ích trong nonlinear programming.
3.2. Tối ưu hóa đa cơ sở và DC Programming.
Nghiên cứu cũng khám phá bài toán vị trí đa cơ sở. Đây là một loại bài toán tối ưu hóa phi lồi phức tạp. Các bài toán này liên quan đến việc đặt nhiều cơ sở. Mục tiêu là tối thiểu hóa một hàm chi phí tổng hợp. Tài liệu sử dụng DC Programming (Difference of Convex functions programming). DC Programming là một khung mạnh mẽ. Nó giải quyết các bài toán tối ưu hóa phi lồi. Nó phân tích hàm mục tiêu thành hiệu của hai hàm lồi. Sau đó, thuật toán DCA (DC Algorithm) được áp dụng. DCA là một thuật toán tối ưu hóa lặp. Nó tìm kiếm các điểm tối ưu cục bộ. Các kết quả cho thấy hiệu quả của phương pháp này. Nó giải quyết các bài toán phi trơn quy mô lớn. Đặc biệt, nó hữu ích cho việc tìm kiếm vị trí tối ưu trong operations research.
IV. Tối ưu hóa hệ thống năng lượng dịch vụ phụ trợ
Nghiên cứu áp dụng khung tối ưu hóa vào hệ thống năng lượng điện hiện đại. Đây là một lĩnh vực quan trọng. Nó giải quyết các thách thức về hiệu quả và bền vững. Một smart solar inverter và hệ thống lưu trữ pin được tích hợp. Chúng cung cấp năng lượng và dịch vụ phụ trợ cho lưới điện. Việc tích hợp này yêu cầu một chiến lược vận hành tối ưu. Chiến lược này tối đa hóa lợi nhuận hoặc tối thiểu hóa chi phí. Tài liệu phát triển một mô hình tối ưu hóa. Mô hình này xem xét các biến động về nhu cầu và giá cả. Nó cũng tính đến hiệu suất của thiết bị. Các khái niệm từ nonlinear programming được sử dụng. Chúng giúp xây dựng các hàm mục tiêu và ràng buộc. Khung này cung cấp một giải pháp thiết thực. Nó cải thiện quản lý năng lượng trong hệ thống điện thông minh.
4.1. Khung tối ưu hóa hệ thống năng lượng.
Tài liệu phát triển một khung tối ưu hóa toàn diện. Khung này dùng để quản lý hệ thống năng lượng điện thông minh. Nó tích hợp smart solar inverter và hệ thống lưu trữ pin. Mục tiêu là tối đa hóa hiệu quả hoạt động. Đồng thời, nó cung cấp các dịch vụ phụ trợ cho lưới điện. Các bài toán phi trơn và phi lồi phát sinh từ mô hình này. Chúng được giải quyết bằng các công cụ generalized differential calculus. Khung này xem xét các yếu tố kinh tế. Nó bao gồm doanh thu từ việc bán năng lượng. Nó cũng tính đến lợi ích từ dịch vụ phụ trợ. Các thuật toán tối ưu hóa được tùy chỉnh. Chúng giải quyết các ràng buộc và phức tạp của hệ thống. Khung này giúp đưa ra quyết định tối ưu trong thời gian thực.
4.2. Quản lý hệ thống lưu trữ dịch vụ phụ trợ.
Vấn đề tối ưu hóa trong hệ thống điện được trình bày chi tiết. Nó tập trung vào việc quản lý tối ưu hệ thống lưu trữ pin. Đồng thời, nó cung cấp dịch vụ phụ trợ (ancillary services) cho lưới điện. Các dịch vụ phụ trợ bao gồm điều tần, dự phòng công suất. Chúng rất quan trọng để duy trì ổn định lưới điện. Tài liệu đề xuất một cách tiếp cận. Nó tối ưu hóa việc xả/nạp pin. Đồng thời, nó cân bằng lợi ích từ việc bán năng lượng và dịch vụ phụ trợ. Các thuật toán tối ưu hóa được phát triển. Chúng giải quyết bài toán phi trơn và phi lồi này. Mục tiêu là đạt được hiệu quả kinh tế cao nhất. Giải pháp này giúp tăng cường độ tin cậy. Nó cũng nâng cao hiệu quả hoạt động của lưới điện thông minh. Việc này là một đóng góp quan trọng cho nonlinear programming trong năng lượng.
V. Thuật toán tối ưu hóa số cho vấn đề phi trơn
Nghiên cứu tập trung vào phát triển thuật toán tối ưu hóa số. Các thuật toán này được thiết kế cho bài toán phi trơn và phi lồi. Đây là những thách thức lớn trong lý thuyết tối ưu. Tài liệu phát triển và thử nghiệm các thuật toán tối ưu hóa. Chúng được dùng để giải quyết các vấn đề phức tạp. Các ví dụ bao gồm bài toán vị trí cơ sở và hệ thống năng lượng. Các thuật toán này dựa trên sự hiểu biết sâu sắc. Nó liên quan đến cận vi phân và generalized derivative. Chúng tận dụng các tiến bộ trong phân tích phi trơn. Mục tiêu là cải thiện tốc độ hội tụ và độ chính xác. Các kết quả thực nghiệm chứng minh hiệu quả. Nó cho thấy khả năng ứng dụng rộng rãi của các thuật toán này. Đặc biệt trong các lĩnh vực operations research và nonlinear programming.
5.1. Phát triển thuật toán cho tối ưu phi lồi.
Công trình đặt trọng tâm vào việc phát triển các thuật toán tối ưu hóa số. Các thuật toán này được thiết kế đặc biệt cho bài toán phi lồi. Tối ưu hóa phi lồi là một lĩnh vực phức tạp. Nó thường không có giải pháp duy nhất hoặc dễ tìm. Các thuật toán được xây dựng dựa trên lý thuyết generalized differential calculus. Chúng sử dụng hiệu quả các khái niệm như subgradient và Clarke subgradient. Việc này giúp vượt qua các khó khăn do tính phi trơn của hàm mục tiêu. Các thuật toán tối ưu hóa này được thử nghiệm rộng rãi. Chúng được chứng minh hiệu quả trên nhiều bài toán thực tế. Nó bao gồm các ứng dụng trong operations research và nonlinear programming.
5.2. Hiệu quả cận vi phân trong thuật toán số.
Sự hiểu biết mạnh mẽ về cận vi phân là yếu tố cốt lõi. Nó cần thiết cho các thuật toán tối ưu hóa số. Đặc biệt khi xử lý các bài toán phi trơn. Tài liệu khám phá các phương pháp mới. Chúng giúp tính toán cận vi phân một cách hiệu quả. Điều này trực tiếp cải thiện hiệu suất của thuật toán tối ưu hóa. Nó cũng đảm bảo tính ổn định của chúng. Các ví dụ về Clarke subgradient được nghiên cứu. Chúng được tích hợp vào quy trình tối ưu hóa. Các thuật toán này có khả năng giải quyết các bài toán phi lồi lớn. Chúng cung cấp các giải pháp mạnh mẽ cho nonlinear programming. Các phân tích chỉ ra rằng. Việc sử dụng chính xác cận vi phân là chìa khóa. Nó đạt được các giải pháp tối ưu đáng tin cậy. Điều này là minh chứng cho tầm quan trọng của variational analysis.
Mục lục chi tiết luận án
Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Tải đầy đủ (143 trang)Trích đoạn nội dung luận án
Tải xuống để đọc toàn bộPortland State University PDXScholar Dissertations and Theses Dissertations and Theses Spring 6-1-2017 Generalized Differential Calculus and Applications to Optimization R. Blake Rector Portland State University Follow this and additional works at: https://pdxscholar.edu/open_access_etds Part of the Mathematics Commons, and the Power and Energy Commons Let us know how access to this document benefits you. Recommended Citation Rector, R. Blake, "Generalized Differential Calculus and Applications to Optimization" (2017).
Dissertations and Theses.5519 This Dissertation is brought to you for free and open access. It has been accepted for inclusion in Dissertations and Theses by an authorized administrator of PDXScholar. Please contact us if we can make this document more accessible: pdxscholar@pdx. Generalized Differential Calculus and Applications to Optimization by Robert Blake Hayden Rector A dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy in Mathematical Sciences Dissertation Committee: Mau Nam Nguyen, Chair Robert Bass Gerardo Lafferriere Bin Jiang Tugrul Daim Portland State University 2017 © 2017 Robert Blake Hayden Rector Abstract This thesis contains contributions in three areas: the theory of generalized calcu- lus, numerical algorithms for operations research, and applications of optimization to problems in modern electric power systems.
A geometric approach is used to ad- vance the theory and tools used for studying generalized notions of derivatives for nonsmooth functions. These advances specifically pertain to methods for calculating subdifferentials and to expanding our understanding of a certain notion of derivative of set-valued maps, called the coderivative, in infinite dimensions. A strong understand- ing of the subdifferential is essential for numerical optimization algorithms, which are developed and applied to nonsmooth problems in operations research, including non- convex problems. Finally, an optimization framework is applied to solve a problem in electric power systems involving a smart solar inverter and battery storage system providing energy and ancillary services to the grid.
i This thesis is dedicated to my grandfather, Dr. Rector, who inspired me to—among other things—study mathematics. ii Table of Contents Abstract. ii List of Tables.
vi List of Figures .1 Convex Analysis, Nonsmooth Analysis, and Variational Analysis .3 Electric Power Systems .4 Overview of Research .1 Basic Tools of Convex Analysis and Optimization .2 Optimal Value Function. 9 2 Generalized Differential Calculus .1 A Geometric Approach to Subdifferential Calculus. 32 3 Applications to Facility Location Problems .1 Introduction to the Fermat-Torricelli Problem and Nesterov’s Method 41 iii 3.1 Nesterov’s Smoothing Technique .2 Nesterov’s Accelerated Gradient Method .2 Generalized Fermat-Torricelli Problems Involving Points .2 Additional Work: Location Problems involving Sets .3 Multifacility Location Problems and Non-convex Optimization .1 Introduction to Multifacility Location.2 Tools of DC Programming .3 The DCA for a Generalized Multifacility Location Problem .6 Additional Work: Set Clustering. 86 4 Applications to Electric Power Systems .1 Transactive Energy Systems .3 The Optimization Problem .3 Variables and Parameters .4 Objective Function Intuition .5 Details on the energy sales revenue function h.6 An analytic solution for h.8 Optimization Problem Statement.1 Significance of this Research.
128 v List of Tables Table 3.1 Results for Example 6.3, the performance of Algorithm 5 on real data sets. 85 vi List of Figures Figure 1.1 Electricity demand in California on a hot day.1 The set-valued map G.2 The objective function ψ.3 The resulting optimal value function µ.1 Polyellipses with three foci.2 Generalized Fermat-Torricelli problems with different norms.3 The first steps of an application of the MM principle for a generalized Fermat-Torricelli problem with sets. The initial guess x0 is projected onto the sets and the Fermat-Torricelli problem is solved using those points as the targets, resulting in the next iterate x1 .4 A generalized Fermat-Torricelli problem in R2. Each negative point has weight of -1000; each positive point has a weight of 1; the optimal solution is represented by • for the `1 norm.5 The objective function values for Algorithm 4 for the generalized Fermat-Torricelli problem under the `1 norm shown in Figure 3.6 The solution to the multifacility location problem with three centers and Euclidean distance to 1217 US Cities.
A line connects each city with its closest center.7 The fifty most populous US cities, approximated by a ball proportional to their area. Each city is assigned to the closest of five centroids (•), which are the optimal facilities.1 PV Panel, Battery, and Smart Solar Inverter diagram.2 The energy sales revenue function h is the maximum of f over the feasible region. The graph of f is shown with the example input values ai = 15 ($/MWh), bi = 2.3 Typical charge and discharge behavior can be seen over the 3-day period June 20-22, 2015.4 Battery charge, solar irradiance, and energy purchased over the 3-day period June 20-22, 2015.5 Price of energy and spinning reserve over the 3-day period June 20-22, 2015. 115 viii 1 Introduction “Waste not, want not” goes the old saying.
If you use a resource wisely, you will never be in need. In this phrase lie the seeds of optimization. This thesis concerns generalized differential calculus and applications of optimization to location problems and electric power systems. Let us begin with a brief discussion of the key terms in this sentence.
Generalized differential calculus is a generalization of classical calculus. In particular, this includes the study of generalized notions of derivatives for nonsmooth functions and set-valued mappings. These topics generally fall under the subject of variational or nonsmooth analysis. The term convex analysis is used when such a study is restricted to functions that are convex.
Optimization problems ask for the best solution from a given set of feasible solutions; such problems are ubiquitous in applied science, business, engineering, economics, social sciences and everyday life. Optimization is the process by which solutions to optimization problems are found. Recently, nonsmooth analysis and optimization have become increasingly important for applications to many new fields such as computational statistics, machine learning, and sparse optimization. The work in this dissertation provides a more complete pic- ture of generalized differentiation and develops nonsmooth optimization methods to solve facility location problems.
The optimization techniques and methods developed significantly contribute to the field of variational analysis and nonsmooth optimiza- tion as well as their applications. In addition, the applications of optimization to 1 electric power systems developed here will play an important role in the evolution of modern energy markets and responsive electric grids. Collectively, this work develops theory, numerical methods, and a practical solution, all related to optimization. Convex Analysis, Nonsmooth Analysis, and Variational Analysis.
Inspired by Fenchel [18], in the 1960’s Rockafellar [66] and Moreau [45] independently laid the groundwork for the field of convex analysis with their development of the idea of the subdifferential. The subdifferential generalizes the idea of the derivative in classical calculus from differentiable functions to functions that are convex but not necessarily differentiable. The subdifferential of a convex function is a set, rather than a single value as in the classical case. Related to the subdifferential, the geometric idea of the normal cone to a convex set goes back to Minkowski [37].
Before Rockafellar and Moreau, generalized differentiation ideas had been discussed in mathematics and applied sciences, for example by Saks [70] and Sobelev [75]. However, these generalized derivatives “ignore sets of measure zero” and hence are not useful in optimization theory, where the behavior of functions at individual points is of critical importance. Convex analysis contains the theoretical framework for the numerical methods of convex optimization. The presence of convexity makes it possible not only to comprehensively investigate qualitative properties of optimal solutions and derive necessary and sufficient conditions for optimality but also to develop effective numerical algorithms for solving convex optimization problems, even with nondifferentiable objective functions.
Convex analysis and convex optimization have an increasing impact on many areas of mathematics and applications including automatic control systems, estimation and signal processing, communications and networks, electronic circuit design, data analysis and modeling, statistics, machine learning, economics and finance. 2 The beauty and applications of convex analysis motivated the search for a new theory to deal with broader classes of functions and sets where convexity is not assumed. This search has been the inspiration for the devel- opments of variational analysis, also known Variational Analysis / Nonsmooth Analysis as nonsmooth analysis, initiated in the early 1970’s. Variational analysis has now become a well-developed field with many applications, Convex Analysis especially to optimization theory; see the cor- nerstone references [9, 38, 64, 65] for more history and recent developments of the field.
Optimization is the process by which solutions to opti- mization problems are found. In mathematics, an optimization problem includes three things: an objective function, a constraint set, and a desired outcome. For example, if f : Rn → R, then an optimization problem can be stated as: minimize f (x) subject to x ∈ C ⊂ Rn. This means: find the function input x̄ ∈ C such that f (x̄) ≤ f (x) for all x ∈ C.
Such an x̄ would be called a solution to the optimization problem. If f is a convex function and C is a convex set, then the optimization problem is a convex optimization problem. Optimization problems may be further delineated by the nature of the objective function as differentiable (smooth) or non-differentiable (nonsmooth). The latter types of objective functions are of particular interest in convex optimization.
In practice, optimization problems are often so complicated that they cannot be solved exactly with analytic methods. In these cases, a computer program can be written 3 to employ an optimization algorithm to find an approximate solution. Optimization algorithms are typically iterative procedures that start with an initial guess x0 for the solution and update that guess based on the logic provided by the algorithm. In this way, a sequence of function inputs x0 , x1 , x2 ,.
is derived that converges to the solution x̄. The optimization algorithms developed in this thesis utilize the theory from convex, nonsmooth or variational analysis. The field of operations research applies optimization to solve practical problems from industry or logistics. Location problems are among the oldest class of problems studied in operations research, and are discussed in detail in this dissertation.
Electric Power Systems. The generation, transmission, distribution and consumption of electric power has shown itself to be an essential part of modern life. Despite some incremental improvements, the electric power system in the year 2000 was essen- tially the same as the electric power system originally built in the early 1900s. The opera- tion of this historical legacy sys- tem was straight forward: build large enough generation, trans- LBNL mission and distribution facili- ties so that consumer peak de- Figure 1.
Electricity demand in California on mand can be met by increas- a hot day. ing or decreasing generation as needed. Consumer demand for electricity varies throughout the day; it is not uncom- mon for peak demand to be twice that of minimum demand over a 24 hour period. 4 In recent decades, two major advances have caused system planners and operators to rethink this legacy electric power system.
These advances are (1) the significant (and rapidly increasing) presence of “variable generation” such as wind and solar, and (2) the advent of distributed energy resources, including rooftop solar, storage, and “controllable loads”, that is, devices that have some flexibility in how much and when they consume power, such as smart appliances, thermostats, heating and cooling systems, other types of demand response, and electric vehicles. This new paradigm provides a natural opportunity for optimization, including the minimization of system cost, the maximization of revenue for individual participants, or the minimization of emissions. Overview of Research. The research presented in this thesis is generally organized into Chapters 2, 3, and 4 as follows: • Chapter 2: Use the optimal value function and coderivatives to establish subdifferential formulas in locally convex topological vector spaces.
Develop formulas for coderivatives in infinite dimensions. • Chapter 3: Apply nonsmooth optimization techniques to location problems: – Apply Nesterov’s smoothing technique and accelerated gradient method to facility location problems.
Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ
Trích dẫn luận án này
Robert Blake Hayden Rector (2017). Generalized differential calculus and applications to optimi [Luận án tiến sĩ, Portland State University]. LuanAn.net. https://luanan.net/toan-hoc/generalized-differential-calculus-and-applications-to-optimizatio
Câu hỏi thường gặp
Luận án "Generalized differential calculus and applications to optimi" nghiên cứu về vấn đề gì?
Khám phá vi phân tổng quát và ứng dụng tối ưu hóa. Tìm hiểu sâu về lý thuyết và các bài toán thực tế trong tối ưu hóa.
Luận án "Generalized differential calculus and applications to optimi" được bảo vệ tại trường nào?
Luận án này được bảo vệ tại Portland State University. Năm bảo vệ: 2017.
Luận án "Generalized differential calculus and applications to optimi" thuộc chuyên ngành gì?
Luận án "Generalized differential calculus and applications to optimi" thuộc chuyên ngành Mathematical Sciences. Danh mục: Toán Học.
Luận án "Generalized differential calculus and applications to optimi" có bao nhiêu trang?
Luận án "Generalized differential calculus and applications to optimi" có 143 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.
Cách tải luận án "Generalized differential calculus and applications to optimi" về máy như thế nào?
Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.