This work addresses optimal control problems governed by a linear time-dependent partial differential equation (PDE) as well as integer constraints on the control. Moreover, partial observations are assumed in the objective function. The resulting problem poses several numerical challenges due to the mixture of combinatorial aspects, induced by integer variables, and large scale linear algebra issues, arising from the PDE discretization. Since classical solution approaches such as the branch-and-bound framework are typically overwhelmed by such large-scale problems, this work extends an improved penalty algorithm proposed by the authors, to the time-dependent setting. The main contribution is a novel combination of an interior point method, preconditioning, and model order reduction yielding a tailored local optimization solver at the heart of the overall solution procedure. A thorough numerical investigation is carried out both for a Poisson problem as well as a convection-diffusion problem demonstrating the versatility of the approach.


翻译:这项工作解决了由线性时间依赖部分差异方程(PDE)和对控制进行整数限制所制约的最佳控制问题。此外,在客观功能中也假定了部分观察。由此产生的问题由于由整数变量和大型线性代数问题(PDE 分散化)引发的组合方方面面的混合而带来若干数字挑战。由于像分支和约束框架这样的传统解决方案方法通常被如此大规模的问题所淹没,这项工作将作者提出的改进的惩罚算法扩大到了时间设定。主要贡献是将内部点方法、先决条件和模式减少订单进行新组合,在总体解决方案程序的核心产生一个适合本地的优化解决方案。对Poisson问题和显示该方法多功能的融合问题进行了彻底的数字调查。

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