فهرست مطالب
Control and Optimization in Applied Mathematics
Volume:4 Issue: 1, Spring-Summer 2019
- تاریخ انتشار: 1399/08/11
- تعداد عناوین: 6
-
-
صفحات 1-14
نظریه مکانیابی یکی از مباحث جذاب در بهینهسازی و تحقیق در عملیات است. در مدلهای کلاسیک مکانیابی، هدف پیدا کردن مکان یک یا چند سرویس دهنده است به قسمی که معیارهایی از قبیل هزینه حمل و نقل، مجموع فاصله پیموده شده توسط مشتریان، زمان نهایی سرویس و هزینه سرویسدهی کمینه شود. مساله مکانیابی وبر آرمانی یک حالت خاص از مسایل مکانیابی است که اخیرا مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. در این مساله ایدهآل این است که سرویس دهنده دقیقا در فاصله $r_i$ از مشتری $i$ام قرار گیرد. اما در اغلب موارد این مساله دارای جواب نیست. لذا در مساله مکانیابی آرمانی به دنبال کمینه کردن مجموع وزنی خطا هستیم. در مقالات قبلی، تابع جریمه به صورت توابع متقارن، از قبیل مجذور و قدر مطلق مجموع خطای فاصله بین مشتریان و نقطه ایدهآل در نظر گرفته شده است. در این مقاله تابع خطا را به صورت تابع لینکس در نظر میگیریم که میتواند نامتقارن باشد. حالتی که فاصلهها با نرم $L_p$ اندازه گرفته میشود را در نظر میگیریم. چند روش تکراری را برای حل مساله بررسی کرده و روشهای ارایه شده را با استفاده از چند مثال با هم مقایسه میکنیم.
کلیدواژگان: مکانیابی آرمانی، تابع جریمه لینکس، روش وایزفلد، روش BFGS، مکانیابی پیوسته -
صفحات 15-36
در این مقاله، مساله تعیین شکل و محل بهینه نصب حسگرها برای معادلات موج سه بعدی با میرایی ثابت را در یک زیر مجموعه پیوسته از فضای سه بعدی، مدلسازی و حل میکنیم. محل قرار گرفتن حسگرها به وسیله زیردامنهای از یک ناحیه با اندازه مشخص مدلسازی شده است. با استفاده از یک تقریب بر مبنای روش نشاندن، ابتدا، دستگاه معادلات به صورت تغییراتی فرمولبندی شده؛ سپس، با تعریف دو اندازه رادن مثبت، مساله در فضای اندازهها بازنویسی خواهد شد. در این روش، مساله طراحی شکل به یک مساله برنامهریزی خطی نامتناهی تبدیل شده که وجود جواب آن تضمین شده است. در این مرحله، با استفاده از دو گام تقریب، جواب بهینه (کنترل بهینه، ناحیه و انرژی بهینه) با روش جستجوی دو مرحلهای تعیین میگردد. علاوه بر این، شبیه سازی عددی برای مقایسه روش جدید با دیگر روشها آورده شده است.
کلیدواژگان: معادله موج سه بعدی، کنترل پراکندگی، اندازه رادن، روش جستجو، بهینه سازی شکل -
صفحات 37-51
این مقاله، روشی عددی برپایه روش طیفی ریتز را برای حل دستهای از مسایل کنترل بهینه کسری در دامنه محدود دارای نویز بکار میبرد. پایههای چندجملهای برنشتاین به همراه ماتریس عملیاتی مشتق برای تخمین توابع نامعین حالت و کنترل مورد استفاده قرار می گیرند. با جایگذاری توابع تخمینی کنترل و حالت در تابع هدف، یک مساله بهینهسازی نامقید ایجاد میشود. برای حل و شبیهسازی آن از نرمافزار \lr{Matlab} و جعبه ابزارهای آن استفاده خواهد شد. در مسایل مورد بحث، تابع هدف شامل توابع کنترل و توابع حالت میباشد. روش پیشنهادی با توجه به سازگاری آن در مدیریت شرایط اولیه و مرزی و نویز، قابل اعتماد و اطمینان است. برای نشان دادن کارآیی و کاربردی بودن روش، چند مثال کاربردی در انتهای مقاله آورده شده است.
کلیدواژگان: بهینه سازی، روش طیفی، تابع نویز، مساله کنترل بهینه کسری، ماتریس عملیاتی -
صفحات 53-63
فرض کنید $S=\{e_1,e_2,\dots,e_m\}$ یک زیرمجموعه مرتب از یالهای یک گراف همبند $G$ باشد. $S$-نمایش یالی از یک مجموعه یال $M\subseteq E(G)$ نسبت به $S$ بردار $r_e(M|S)=(d_1,d_2,\dots,d_m)$ است که $d_i=1$ اگر $e_i\in M$ و درغیر اینصورت $d_i=0$. مجموعه $S$ یک مجموعه فورسینگ عمومی برای تطابقهای ماکسیمال از $G$ است هرگاه برای هر دو تطابق ماکسیمال $M_1$ و $M_2$ از $G$ داشته باشیم $r_e(M_1|S)=r_e(M_2|S)$. یک مجموعه فورسینگ عمومی برای تطابقهای ماکسیمال از $G$ با مینیمم اندازه را مجموعه فورسینگ عمومی مینیمم برای تطابقهای ماکسیمال نامیده میشود و تعداد عضوهای آن را با نماد $\varphi_{gm}$ نمایش داده و عدد فورسینگ عمومی (به اختصار \lr{GFN}) برای تطابقهای ماکسیمال نامیده میشود. بهطور مشابه، برای یک زیرمجموعه مرتب $F=\{v_1,v_2,\dots,v_k\}$ از $V(G)$، $F$-نمایش از یک مجموعه ریوس $I\subseteq V(G)$ نسبت به $F$ بردار $r(I|F)=(d_1,d_2,\dots,d_k)$ است که $d_i=1$ اگر $v_i\in I$ و درغیر اینصورت $d_i=0$. مجموعه $F$ یک مجموعه فورسینگ عمومی برای غالبهای مستقل از $G$ است هرگاه برای هر دو مجموعه غالب مستقل $D_1$ و $D_2$ از $G$ داشته باشیم $r(D_1|F)\neq r(D_2|F)$. یک مجموعه فورسینگ عمومی برای غالبهای مستقل از $G$ با مینیمم تعداد عضو را مجموعه فورسینگ عمومی مینیمم برای غالبهای مستقل نامیده شده و تعداد عضوهای که با نماد $\varphi_{gi}$ نشان داده میشود \lr{GFN} برای غالبهای مستقل میباشد. در این مقاله \lr{GFN} را برای تطابقهای ماکسیمال تحت چندین نوع از ضربهای گراف مطالعه میکنیم. همچنین، کرانهای بالایی برای این متغیر ارایه میکنیم. علاوهبراین، کرانهایی برای $\varphi_{gm}$ تعدادی از گرافهای معروف ارایه میدهیم.
* فرمول ها به درستی نمایش داده نمی شوند.
کلیدواژگان: مجموعه فورسینگ سراسری، عدد فورسینگ سراسری، تطابق ماکسیمال، غالب مستقل ماکسیمال، ضرب گراف -
صفحات 65-81
در این مقاله، روشی تلفیقی بر پایه کنترل پیش بین مدل مقاوم و به منظور جبران سازی تاخیرهای زمانی نامعین در سیستم های کنترل تحت شبکهای که ورودی اغتشاش نیز دارند، توسعه می یابد. روش ارایه شده از نامساویهای ماتریسی خطی و چند ضلعیهای عدم قطعیت به منظور مدلسازی تاخیر زمانی، اغتشاش و محاسبه بهره فیدبک حالت استفاده می کند. سیستم زمان پیوسته که شامل تاخیر زمانی است، با استفاده از چند ضلعیهای عدم قطعیت گسستهسازی می شود. سپس مدل گسستهسازی شده همراه با اغتشاش جبرانسازی می شود. پارامترهای نامعینی و ورودی اغتشاش به صورت صریح در طراحی کنترل کننده وارد می شود و پایداری سیستم کنترل حلقه بسته تضمین می گردد. روش ارایه شده بر روی یک فرآیند سطح اعمال می شود. همچنین روش مرسوم در کنترل پیش بین مقاوم نیز مورد شبیهسازی قرار می گیرد. نتایج شبیهسازی نشان دهنده موثر بودن روش ارایه شده در مقایسه با روش مرسوم کنترل پیش بین مقاوم است.
کلیدواژگان: سیستم کنترل تحت شبکه، کنترل پیش بین - مدل مقاوم، اغتشاش، تاخیر زمانی ناشی از شبکه، چند ضلعی عدم قطعیت -
صفحات 83-101
ماشینهای یادگیری حدی راف شبکههای راف-عصبی با یک لایه پنهان هستند که در آنها پارامترهای بین ورودیها و نورونهای پنهان به صورت تصادفی انتخاب میشوند و هرگز به روز نمیشوند. در این مقاله، ماشینهای یادگیری حدی راف با یک الگوریتم یادگیری برخط پایدار را برای شناسایی سیستمهای غیرخطی زمان-پیوسته در حضور نویزها و عدمقطعیتها پیشنهاد میکنیم و با استفاده از نظریه پایداری لیاپانوف، همگرایی مجانبی سراسری الگوریتم یادگیری پیشنهاد شده را اثبات میکنیم. سپس، از روش پیشنهاد شده برای شناسایی سیستمهای آشوبی نوسانگر دافینگ و سیستم لورنز بهره میگیریم. نتایج شبیهسازی کارآمدی مدل پیشنهادی را نشان میدهد.
کلیدواژگان: شناسایی سیستم، ماشین یادگیری حدی، شبکه راف-عصبی، ماشین یادگیری حدی راف، نظریه پایداری لیاپانوف
-
Pages 1-14
Location theory is an interstice field of optimization and operations research. In the classic location models, the goal is finding the location of one or more facilities such that some criteria such as transportation cost, the sum of distances passed by clients, total service time, and cost of servicing are minimized. The goal Weber location problem is a special case of location models that have been considered recently by some researchers. In this problem, the ideal is locating the facility in the distance $r_i$, from the $i$-th client. However, in most instances, the solution to this problem doesn't exist. Therefore, the minimizing sum of errors is considered. In the previous versions of the goal location problem, the penalty functions have been considered by some symmetric functions such as square and absolute errors of distances between clients and ideal point. In this paper, we consider the asymmetric linex function as the error function. We consider the case that the distances are measured by $L_p$ norm. Some iterative methods are used to solve the problem and the results are compared with some previously examined methods.
Keywords: Continuous location, goal Weber problem, Weiszfeld-like method, linex function, BFGS method -
Pages 15-36
In this paper, we model and solve the problem of optimal shaping and placing to put sensors for a 3-D wave equation with constant damping in a bounded open connected subset of 3-dimensional space. The place of sensor is modeled by a subdomain of this region of a given measure. By using an approach based on the embedding process, first, the system is formulated in variational form; then, by defining two positive Radon measures, the problem is represented in a space of measures. In this way, the shape design problem is turned into an infinite linear problem whose solution is guaranteed. In this step, the optimal solution (optimal control, optimal region, and optimal energy) is identified by a 2-phase optimization search technique applying two subsequent approximation steps. Moreover, some numerical simulations are given to compare this new method with other methods.
Keywords: 3-D damped wave equation, Dissipation control, Radon measure, Search technique, Shape optimization -
Pages 37-51
This paper presents a numerical solution of a class of fractional optimal control problems (FOCPs) in a bounded domain having a noise function by the spectral Ritz method. The Bernstein polynomials with the fractional operational matrix are applied to approximate the unknown functions. By substituting these estimated functions into the cost functional, an unconstrained nonlinear optimization problem is achieved. In order to solve this optimization problem, the Matlab software and its optimization toolbox are used. In the considered FOCP, the performance index is expressed as a function of both state and control functions. The method is robust enough because of its computational consistency in the presence of the noise function. Moreover, the proposed scheme has a good pliability satisfying the given initial and boundary conditions. At last, some test problems are investigated to confirm the efficiency and applicability of the new method.
Keywords: Optimization, Spectral method, Noise function, Fractional optimal control, Operational matrix -
Pages 53-63
Let $S= {e_1,,e_2, ldots,,e_m}$ be an ordered subset of edges of a connected graph $G$. The edge $S$-representation of an edge set $Msubseteq E(G)$ with respect to $S$ is the vector $r_e(M|S) = (d_1,,d_2,ldots,,d_m)$, where $d_i=1$ if $e_iin M$ and $d_i=0$ otherwise, for each $iin{1,ldots , k}$. We say $S$ is a global forcing set for maximal matchings of $G$ if $r_e(M_1|S)neq r_e(M_2|S)$ for any two maximal matchings $M_1$ and $M_2$ of $G$. A global forcing set for maximal matchings of $G$ with minimum cardinality is called a minimum global forcing set for maximal matchings, and its cardinality, denoted by $varphi_{gm}$, is the global forcing number (GFN for short) for maximal matchings. Similarly, for an ordered subset $F = {v_1,,v_2, ldots,,v_k}$ of $V(G)$, the $F$-representation of a vertex set $Isubseteq V(G)$ with respect to $F$ is the vector $r(I|F) = (d_1,,d_2,ldots,,d_k)$, where $d_i=1$ if $v_iin I$ and $d_i=0$ otherwise, for each $iin{1,ldots , k}$. We say $F$ is a global forcing set for independent dominatings of $G$ if $r(D_1|F)neq r(D_2|F)$ for any two maximal independent dominating sets $D_1$ and $D_2$ of $G$. A global forcing set for independent dominatings of $G$ with minimum cardinality is called a minimum global forcing set for independent dominatings, and its cardinality, denoted by $varphi_{gi}$, is the GFN for independent dominatings. In this paper, we study the GFN for maximal matchings under several types of graph products. Also, we present some upper bounds for this invariant. Moreover, we present some bounds for $varphi_{gm}$ of some well-known graphs.
*The formulas are not displayed correctly.
Keywords: Global forcing set, Global forcing number, Maximal matching, Maximal independent dominating, Product graph -
Pages 65-81
In this paper, a synthesis method based on robust model predictive control is developed for compensation of uncertain time-delays in networked control systems with bounded disturbance. The proposed method uses linear matrix inequalities and uncertainty polytope to model uncertain time-delays and system disturbances. The continuous system with time-delay is discretized using uncertainty polytope. Then, the discretized model together with model disturbance is compensated. Uncertain parameters and additive disturbances are included in the controller design explicitly and robust stability is guaranteed in this method. The proposed method is applied to a level process. It is simulated by applying conventional RMPC as well. The simulation results show the effectiveness of the proposed method compared with the conventional algorithm of the RMPCfootnote{Robust Model Predictive Control} method.
Keywords: Networked control system, robust model predictive control, disturbance, network-induced delay, uncertainty polytope -
Pages 83-101
Rough extreme learning machines (RELMs) are rough-neural networks with one hidden layer where the parameters between the inputs and hidden neurons are arbitrarily chosen and never updated. In this paper, we propose RELMs with a stable online learning algorithm for the identification of continuous-time nonlinear systems in the presence of noises and uncertainties, and we prove the global asymptotically convergence of the proposed learning algorithm using the Lyapunov stability theory. Then, we use the proposed methodology to identify the chaotic systems of Duffing's oscillator and Lorentz system. Simulation results show the efficiency of the proposed model.
Keywords: System identification, Extreme learning machine, Rough-neural network, Rough extreme learning machine, Lyapunov stability theory