Об одной задаче управления стохастической динамической системой

Исследуется стохастическое дифференциальное уравнение с дробным винеровским полем. Доказана теорема существования оптимального управления решением соответствующего уравнения. Досліджено стохастичне диференційне рівняння з дробовим вінерівським полем. Доведено теорему існування оптимального керування...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Published in:Теорія оптимальних рішень
Date:2009
Main Author: Пепеляева, Т.В.
Format: Article
Language:Russian
Published: Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України 2009
Online Access:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46636
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:Об одной задаче управления стохастической динамической системой / Т.В. Пепеляева // Теорія оптимальних рішень: Зб. наук. пр. — 2009. — № 8. — С. 36-41. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1859637269491613696
author Пепеляева, Т.В.
author_facet Пепеляева, Т.В.
citation_txt Об одной задаче управления стохастической динамической системой / Т.В. Пепеляева // Теорія оптимальних рішень: Зб. наук. пр. — 2009. — № 8. — С. 36-41. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
collection DSpace DC
container_title Теорія оптимальних рішень
description Исследуется стохастическое дифференциальное уравнение с дробным винеровским полем. Доказана теорема существования оптимального управления решением соответствующего уравнения. Досліджено стохастичне диференційне рівняння з дробовим вінерівським полем. Доведено теорему існування оптимального керування розв’язком відповідного рівняння. The stochastic differential equation with the fractional Wiener sheet is investigated. The existence theorem of optimal control of the corresponding equation solution is proved.
first_indexed 2025-12-07T13:16:48Z
format Article
fulltext 36 Теорія оптимальних рішень. 2009, № 8 ÒÅÎÐ²ß ÎÏÒÈÌÀËÜÍÈÕ Ð²ØÅÍÜ Исследуется стохастическое дифференциальное уравнение с дробным винеровским полем. До- казана теорема существования оптимального управления решени- ем соответствующего уравнения.  Т.В. Пепеляева, 2009 ÓÄÊ 519.21 Ò.Â. ÏÅÏÅËßÅÂÀ ÎÁ ÎÄÍÎÉ ÇÀÄÀ×Å ÓÏÐÀÂËÅÍÈß ÑÒÎÕÀÑÒÈ×ÅÑÊÎÉ ÄÈÍÀÌÈ×ÅÑÊÎÉ ÑÈÑÒÅÌÎÉ Введение. При решении многих задач фи- нансовой математики, экономики, телеком- муникаций и других областей человеческой деятельности для моделирования динамиче- ских систем используют стохастические процессы и поля. До недавнего времени наи- лучшей такой моделью считался винеров- ский процесс (винеровское поле). Но недав- ние исследования показали, что такие про- цессы и поля не совсем точно описывают динамику соответствующих явлений, а более точной моделью может быть дробный вине- ровский процесс (или поле). Это было под- тверждено экспериментальным путем и оценкой реальных данных. В работах [1, 2] исследован дробный вине- ровский процесс с параметром Харста Н∈(1/2, 1) и задача управления соответст- вующей динамической стохастической сис- темой. В настоящей работе исследуется дро- бное винеровское поле с параметрами Харста (Н,Н′)∈(0, 1/2) 2 , а также соответствующие стохастические уравнения. Рассмотрена за- дача управления решением этих уравнений. Основные результаты сформулированы и доказаны в виде теорем. Полученные утвер- ждения дают условия существования опти- мального управления полями. Результаты данных исследований могут использоваться в экономике и других областях, где возника- ют задачи оптимального управления. Пусть (Ω, ℜ ,Ρ) − вероятностное про- странство, zℜ , z∈А, А= [0,1] 2 − двупа- раметриче-с кое семейство σ -подалгебр ℜ , причем zz ℜ⊂ℜ 1 , если z1≤ z, где вы- ражение z1≤ z означает покоординатное нера- венство между z1 = (t1,s1) и z = (t,s). ОБ ОДНОЙ ЗАДАЧЕ УПРАВЛЕНИЯ СТОХАСТИЧЕСКОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ Теорія оптимальних рішень. 2009, № 8 37 Обозначим L2([0,1] 2 ) пространство zℜ -измеримых полей ϕ = {ϕ(t, s), t,s∈A}, таких, что: ∫ ∫ 1 0 1 0 E |ϕt,s(ω)|2dtds<∞. И пусть L([0,1] 2 ) пространство zℜ -измеримых полей ϕ = {ϕ(t, s), t,s∈D}, для которых справедливо P{ ∫ ∫ 1 0 1 0 E |ϕt,s(ω)|2dtds < ∞}=1. Для функций из классов L2([0,1] 2 ) и L([0,1] 2 ) определен стохастический ин- теграл следующим образом: I(ϕ)= ∫ ∫ 1 0 1 0 E |ϕ(t, s)|2 dW (t,s). Пусть HH zB ′, − дробное винеровское поле с параметрами Харста (H, H′)∈(0,1/2)2, т. е. HH zB ′, − гауссовское поле с ковариационной функцией RH, H ′ (z,z′) = = ( ) ( )( ), 4 1 , 222222,, HHHHHHHH z HH z ssssttttBBE ′′′′ ′ ′ −′−′+−′−′+= z = (t, s), z′= (t′, s′). Заметим, что при H=H′=1/2 HH zB ′, − обычное винеровское поле. Пусть (С, ℑ ) − измеримое пространство непрерывных на А функций f с по- током σ-алгебр zℑ = σ{f (z1), z1≤ z }, ℑ = σ{f (z), z∈А }. Рассмотрим уравнение ξ(t,s) = ξ0 + ∫ ∫ ξ t s dxdyuyxa 0 0 ),,,( + HH stB ′, ),( , (t,s)∈А, (1) где a − zℑ -измеримый функционал, u: А→U ~ − управление, которое не зависит от будущего. Пусть U − класс всех управлений, для которых существует реше- ние уравнения (1). ℵ − наименьшая σ-алгебра борелевских подмножеств из А, U ~ℵ − σ-алгебра борелевских подмножеств из Ũ, (U ~ , U ~ℵ ) − метрический компакт. Задача оптимизации управления решением уравнения (1) состоит в том, чтобы найти управление u* в классе допустимых управлений, которое миними- зировало стоимость управления F и задается таким образом: 1 1 0 0 ( ) ( , , ( , ), ( , , ( , )) ,u u F u E f t s t s u t s t s dtdsξ ξ= ∫ ∫ Т.В. ПЕПЕЛЯЕВА 38 Теорія оптимальних рішень. 2009, № 8 где f (z, ξ, u) − непрерывная неотрицательная функция, (z, ξ, u)∈ А×C×U ~ , ξu (z) − решение уравнения (1), которое соответствует управлению u = u (z, ξu (t)). Пусть )(inf uFZ Uu∈ = . Величину Z будем называть оптимальной стоимостью управления в классе U. Управление γ называется оптимальным в U, если стои- мость F(u) при u = γ достигает минимума. Найдем условия существования оптимального управления решением уравнения (1). Согласно [3] дробное винеровское поле HH B ′, допускает интегральное представление HH zB ′, = ∫ ∫ ′′ ′ t zHH s dWzzK 0 , 0 ),( , где KH,H′ (z,z′) = KH (s,s′) KH′ (t,t′), а KH (s,s′) и KH′ (t,t′) определенные в [2]. Ядро КH,H′ определяет оператор КH,H′ в L 2 ([0,1] 2) таким образом: (KH,H′ h)(s, t)= I2H,2H′ t1/2−H s1/2−H′ I1/2−H,1/2−H′ tH−1/2sH′−1/2h, h∈L2([0,1]2), где Iα,β f(x,y) = ∫ ∫ −β−α −− βΓαΓ x y dudvvufvyux 0 0 11 ),()()( )()( 1 , Γ − функция Ейлера, α, β > 0, f∈L([0,1] 2 ). Обратный оператор 1 , − ′HHK определяется таким образом: hDstDststhK HHHHHHHH HH ′−′−′−−′−−− ′ = 2,2212121,2121211 , ),( , где dudv vyux vuf yx yxfD x y ∫ ∫ βα βα −−∂∂ ∂ β−α− = 0 0 2 , )()( ),( )1( )Г1Г( 1 ),( . Пусть a(t, s, х, u) удовлетворяет таким условим: 1) a(t, s, х, u) есть ℵ× ℑ × U ~ℵ − измеримая функция; 2) ∀ (t,s)∈А функция a(t, s, х, u) есть ℑ × U ~ℵ − измеримой; 3) ∀ (t,s)∈А, х∈C функция a(t, s, х, u) − непрерывна на Ũ; 4) ∀ (t,s)∈А, х∈C множество a(t, s, х, Ũ) = { a(t, х, u), u∈ Ũ} выпуклое и замкнутое; 5) ∃L > 0, такое, что |a(t, s, х, u)|2 ≤ L(1+х2 ); 6) ∃M > 0, такое, что |K−1 ( ∫ ∫ βαβα t s dduxa 0 0 ),,,( )|2≤M(1+х2 ), где х − норма в С([0,1] 2 ). ОБ ОДНОЙ ЗАДАЧЕ УПРАВЛЕНИЯ СТОХАСТИЧЕСКОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ Теорія оптимальних рішень. 2009, № 8 39 Вопрос существования слабого решения уравнения (1) был исследован в [3], где получен следующий результат. Теорема 1. Пусть выполнено условие 5) для a(t, s, x, u). Тогда уравнение (1) имеет слабое решение. Приведем формулирования теоремы Гирсанова для дробного винеровского поля [3] и леммы [4], которые нам понадобятся в дальнейшем. Теорема 2. Пусть поле η={ηt, z∈A} с интегрированной траекторией и ∫+= ′′ ],0[ ,,~ z y HH z HH z dyuBB . Предположим, что: 1) (A))( 2 ],0[ 2 1, 2 1 LIdyu z HH y∫ +′+ ∈ почти наверное; 2) Eζ=1, где                   −        −=ζ ∫ ∫∫ ∫ − ′ − ′ 22 ]1,0[ 2 ],0[ 1 , ]1,0[ ],0[ 1 , )( 2 1 )(exp dzzdyuKdWzdyuK z yHHz z yHH . Тогда поле HH zB ′,~ − zℜ − дробное винеровское поле c параметрами Харста (H,H′) по новой вероятности P ~ , определенной как ζ= dP Pd ~ . Лемма 1. Пусть ξn ≥ 0, n =1, 2, …, − последовательность случайных величин, таких, что ξn→ξ за вероятностью при n→∞. Если Еξn=Еξ=с, то ∞→n lim Еξn− ξ= 0. Положим au (t,s, х)=a(t,s, х, u(t, х)), (t,s)∈[0,1] 2 , х∈C, u∈ Ũ. Зафиксируем вероятностное пространство (Ω, ℜ ,Ρ0) с винеровским полем W= (Wz, zℜ , Ρ0). Определим множество D таким образом: D = exp{ 1,1 0,0ζ ( au), u∈U}, где 1,1 0,0ζ (au) = 1 ', ]1,0[ 2 ( − ∫ HHK ∫ ∫ t s ua 0 0 (α,β,W)dαdβ)dW(t,s) − − 2 1 1 ', ]1,0[ 2 ( − ∫ HHK ∫ ∫ t s ua 0 0 (α,β,W) dα dβ) 2 dtds. Т.В. ПЕПЕЛЯЕВА 40 Теорія оптимальних рішень. 2009, № 8 Множество G определим следующим образом: G={an: Eexp 1,1 0,0ζ (an) =1}. Теорема 3. Пусть выполнены условия 1)−6) для функционала a(t,s,x,u), множество G замкнуто в смысле сходимости по вероятности. Тогда существует управление u*∈ U, такое, что F(u*) = Uu∈ inf F(u). Доказательство. Докажем, что множество плотностей D −−−− слабый компакт в пространстве L1([0,1] 2 ). Для этого покажем, что D равномерно ограниченное и слабо замкнутое множество в L1([0,1] 2 ). Действительно из свойства 6) функционала а, неравенства Иенсена и тео- ремы 2 Гирсанова для дробных винеровских полей вытекает следующее. Существует константа γ* >1 такая, что U∈u sup E0 exp{γ* 1,1 0,0ζ ( au)}< ∞. Докажем теперь замкнутость множества D в пространстве L1. Пусть последовательность элементов exp 1,1 0,0ζ (an)∈D сходится к ρ ∈L1 по вероятности. Имеем, что Eexp 1,1 0,0ζ (an) =1 и Еρ =1. Тогда по лемме 1 имеем, что ∞→n lim Еexp 1,1 0,0ζ (an) − ρ= 0, откуда вытекает замкнутость множества D в пространстве L1. Следовательно, множество D слабо компактно в пространстве L1. Функцио- нал F(u) является непрерывным. Доказательство данной теоремы вытекает из того, что непрерывная на компакте функция достигает своего минимума на- компакте. Теорема доказана. Выводы. В работе исследовано дробное винеровское поле, рассмотрена за- дача управления решением стохастического дифференциального уравнения. До- казана теорема существования оптимального управления полями, удовлетво- ряющие стохастическим уравнениям с дробным винеровским полем. Т.В. Пепеляєва ПРО ОДНУ ЗАДАЧУ КЕРУВАННЯ СТОХАСТИЧНОЮ ДИНАМІЧНОЮ СИСТЕМОЮ Досліджено стохастичне диференційне рівняння з дробовим вінерівським полем. Доведено теорему існування оптимального керування розв’язком відповідного рівняння. ОБ ОДНОЙ ЗАДАЧЕ УПРАВЛЕНИЯ СТОХАСТИЧЕСКОЙ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМОЙ Теорія оптимальних рішень. 2009, № 8 41 T.V. Pepeljaeva ABOUT SOME CONTROL PROBLEM OF THE STOCHASTIC DYNAMIC SYSTEM The stochastic differential equation with the fractional Wiener sheet is investigated. The existence theorem of optimal control of the corresponding equation solution is proved. 1. Дериева Е.Н., Пепеляева Т.В. Об одной задаче управления случайными процессами // Ки- бернетика и системный анализ. − 2004. − № 1. − С. 116−121. 2. Пепеляева Т.В. Теорія оптимальних рішень. − 2004. − № 3. − С. 133−141. 3. Erraoui M., Nualart D., Ouknine Yo. Hyperbolic stochastic partial differential equation with addi- tive fractional brownian sheet // Barcelona: Math. Prepr. Ser. − 2002. − N 307. − 19 p. 4. Кнопов П.С. Оптимальные оценки параметров стохастических систем. − Киев: Наук. думка, 1981. − 151 с. Получено 23.03.2009
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-46636
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn XXXX-0013
language Russian
last_indexed 2025-12-07T13:16:48Z
publishDate 2009
publisher Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
record_format dspace
spelling Пепеляева, Т.В.
2013-07-04T18:37:47Z
2013-07-04T18:37:47Z
2009
Об одной задаче управления стохастической динамической системой / Т.В. Пепеляева // Теорія оптимальних рішень: Зб. наук. пр. — 2009. — № 8. — С. 36-41. — Бібліогр.: 4 назв. — рос.
XXXX-0013
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46636
519.21
Исследуется стохастическое дифференциальное уравнение с дробным винеровским полем. Доказана теорема существования оптимального управления решением соответствующего уравнения.
Досліджено стохастичне диференційне рівняння з дробовим вінерівським полем. Доведено теорему існування оптимального керування розв’язком відповідного рівняння.
The stochastic differential equation with the fractional Wiener sheet is investigated. The existence theorem of optimal control of the corresponding equation solution is proved.
ru
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
Теорія оптимальних рішень
Об одной задаче управления стохастической динамической системой
Про одну задачу керування стохастичною динамічною системою
About some control problem of the stochastic dynamic system
Article
published earlier
spellingShingle Об одной задаче управления стохастической динамической системой
Пепеляева, Т.В.
title Об одной задаче управления стохастической динамической системой
title_alt Про одну задачу керування стохастичною динамічною системою
About some control problem of the stochastic dynamic system
title_full Об одной задаче управления стохастической динамической системой
title_fullStr Об одной задаче управления стохастической динамической системой
title_full_unstemmed Об одной задаче управления стохастической динамической системой
title_short Об одной задаче управления стохастической динамической системой
title_sort об одной задаче управления стохастической динамической системой
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46636
work_keys_str_mv AT pepelâevatv obodnoizadačeupravleniâstohastičeskoidinamičeskoisistemoi
AT pepelâevatv proodnuzadačukeruvannâstohastičnoûdinamíčnoûsistemoû
AT pepelâevatv aboutsomecontrolproblemofthestochasticdynamicsystem