将逆问题重新表述为多目标优化

计算科学 优化 pde 逆问题
2021-12-18 16:00:28

我正在为我的博士研究一个逆问题。研究,为此我将目标函数写为

J(θ)=E(G(θ)uo)

其中是参数,是从参数到观察的前向映射,是观察,是误差的一些度量。前向映射来自求解一个椭圆 PDE,其中是一个系数,为了明确起见,我们将其称为 Poisson 方程:θGuoEGθ

keθu=f

一般来说,我会说从的前向映射相当于求解非线性系统到目前为止,我一直在使用伴随方法解决这个问题。这也可以写成一个有约束的优化问题θuF(u,θ)=0

J(θ;u,λ)=E(uuo)+F(u,θ),λ

但在计算上,所有程序都是相同的。

两种公式都没有利用的事实是,前向映射本身就是另一个优化问题,即泊松方程的解是狄利克雷能量的最小值u

D(u,θ)=Ω(12keθ|u|2fu)dx

这个逆问题可以重新表述为目标对 ,的多目标优化问题吗?{E(uuo)D(u,θ)}如果是这样,这是否有用,无论是用于计算目的还是用于证明事物?

我对多目标优化了解不多,因此参考任何有用的文献都会有所帮助。在谷歌搜索多目标优化和逆问题时,我所能找到的只是一堆关于遗传算法的论文。

1个回答

不。

多目标优化涉及同时优化两个(或多个)竞争目标,您不希望事先决定两者之间的权衡。但是,这不是您所拥有的情况:只有 Dirichlet 能量的精确最小化器才能解决您的前向映射;函数的实际值是无关紧要的(特别是,任何没有达到最小值的因此,唯一有意义的“权衡”是确保最小化,并使用剩余的自由度(在选择时)最小化这将导致双层DuDθE优化问题(“最小化最小化器”),但由于D是严格凸的,因此允许唯一的最小化器,您可以等效地替换优化问题D具有一阶必要条件F(u)=0. 这正是您对拉格朗日函数所做的事情J——至高无上λ,您正在执行最小化D.

你提到你想消除伴随状态。原则上,您需要某种方式将状态和数据之间的差异“反向传播”回参数空间。这通常由伴随状态提供λ; 但是,如果方程在参数和/或状态上分别足够线性,则您可以用合适的代理替换伴随状态。在这种情况下,您可能会发现以下论文很有用: http: //dx.doi.org/10.1088/0266-5611/19/6/010