Published January 29, 2007 | Version v1
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Particle methods in stochastic optimal control

Description

When dealing with numerical solution for stochastic optimal control problems, stochastic dynamic programming appears to be the natural framework. Due to the curse of dimensionality the stochastic optimization techniques usually focus on scenarios trees. But this latter method faces an important difficulty: at the first time stages (close to the tree root) we have few Monte-Carlo particles and a small variance of the feedback estimator; on the contrary, at the final time stages (near the tree leaves), we have a large number of Monte-Carlo particles with a huge variance. To tackle these difficulties we present some variational approach for numerical solution of stochastic optimal control problems. We consider two different interpretations of the control problem, an algebraic and a functional one from which we derive optimality conditions. An adaptative mesh discretization method will be used to achieve tractable solution algorithm. An application to a hydro-electric dam production management problem will be presented. (author)

Abstract (French)

Cette these, intitulee Methodes particulaires en commande optimale stochastique s'interesse aux problemes d'optimisation dans l'incertain et a leur resolution. Le terme particulaire renvoie au fait que nous considerons des methodes basees sur une approche de type Monte-Carlo, contrairement aux methodes par programmation dynamiques stochastiques qui utilisent une discretisation faite a priori. La resolution des problemes d'optimisation stochastique necessite deux etapes : une etape d'approximation et une etape d'optimisation. Les deux premiers chapitres de ce manuscrit seront consacres a la partie optimisation. Nous traiterons dans les chapitres qui suivront de l'approximation des problemes d'optimisation dans l'incertain. Nous commencerons, dans ce manuscrit, (chapitre I) par presenter les problemes qui seront abordes ; nous nous attarderons surtout sur la representation de la structure d'information d'un probleme d'optimisation stochastique. Deux principales representations se degagent : une representation algebrique et une representation fonctionnelle. A partir de la nature de cette structure d'information, nous ferons la typologie des problemes d'optimisation stochastique : boucle ouverte, boucle fermee, information statique ou information dynamique. Le deuxieme chapitre (chapitre II) traitera des conditions d'optimalite pour les problemes de commande optimale stochastique : a partir des representations algebriques ou fonctionnelles de l'information, nous presenterons des conditions d'optimalite du type Karush-Kuhn-Tucker. Les conditions presentees dans le chapitre II comportent presque invariablement des operateurs d'esperance conditionnelle. La resolution de ces problemes impose alors d'approximer ces operateurs. Nous commencerons dans le chapitre III par motiver notre approche avant de passer a une revue de la litterature des problemes d'estimation de densite, densite conditionnelle et esperance conditionnelle. Dans le chapitre IV, nous presentons la methode des elements finis particulaires qui consiste en l'approximation de la structure d'information par une restriction du feedback a une classe donnee a priori de fonctions de base. Differents resultats de convergence et d'erreur asymptotique seront donnes. L'avant dernier chapitre (chapitre V) presentera un algorithme chaotique de gradient pour la resolution de problemes d'optimisation stochastique en boucle fermee. Un resultat de convergence, de vitesse ainsi qu'une application numerique seront donnes. Nous nous interesserons dans le dernier chapitre (chapitre VI) aux aspects numerique de la resolution des problemes de commande optimale stochastique a partir des differentes methodes presentes dans les chapitres precedents. Nous presenterons differents algorithmes et heuristiques pour resoudre un probleme de gestion de production d'un barrage hydro-electrique. (auteur)

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Original title (French)
Methodes particulaires en commande optimale stochastique

Publishing Information

Imprint Pagination
183 p.
Report number
FRNC-TH--14285

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117 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses