DE10327287A1 - Method of designing a technical system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entwurf eines technischen Systems, bei dem das technische System eine Zielfunktion (f(x)) umfasst, die von wenigstens einem Parameter (x) in einem Variablenraum abhängt, bei dem Zielfunktionswerte iterativ durch mehrere Berechnungsschritte ermittelt werden, wobei in jedem Berechnungsschritt eine von der Zielfunktion (f(x)) abhängige und auf einer stochastischen Differentialgleichung beruhende Entwicklung einer stochastischen Größe berechnet wird, bei dem die Entwicklung der stochastischen Größe von einer Schrittweite (sigma(x)) abhängt, die derart gewählt ist, dass die Entwicklung mit zunehmender Anzahl an Berechnungsschritten gegen eine stationäre stochastische Verteilung konvergiert, bei dem nach einer Anzahl von durchgeführten Berechnungsschritten ein lokales Optimierungsverfahren zum Ermitteln eines hinsichtlich eines Optimalitätskriteriums optimalen Zielfunktionswertes durchgeführt wird, wobei als Startwert des lokalen Optimierungsverfahrens einer der nach der Anzahl der durchgeführten Berechnungsschritte ermittelten Zielfunktionswerte verwendet wird, und bei dem der mit dem lokalen Optimierungsverfahren ermittelte optimale Zielfunktionswert und die zugehörigen Parameter zum Entwurf des technischen Systems eingesetzt werden.The invention relates to a method for designing a technical system, in which the technical system comprises an objective function (f (x)) which depends on at least one parameter (x) in a variable space in which target function values are determined iteratively by a plurality of calculation steps, in each calculation step a development of a stochastic variable which is dependent on the objective function (f (x)) and is based on a stochastic differential equation is calculated, in which the development of the stochastic quantity depends on a step size (sigma (x)) chosen in such a way that the development with increasing number of calculation steps converges to a stationary stochastic distribution, in which, after a number of calculation steps carried out, a local optimization method for determining an optimal function criterion optimal function value is performed, wherein as the starting value of the local optimization ngsverfahrens one of the calculated according to the number of performed calculation steps target function values is used, and in which the determined with the local optimization method optimal target function value and the associated parameters are used for the design of the technical system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Entwurf eines technischen Systems sowie ein entsprechendes Computerprogrammprodukt.The The invention relates to a method and an arrangement for the design a technical system and a corresponding computer program product.

Für den Entwurf eines komplexen technischen Systems sind bereits in einer frühzeitigen Planungsphase signifikante Größen dieses Systems, z.B. Kosten für die Herstellung oder Wirkungsgrad während der Laufzeit, von großem Interesse. Eine Realisierung des Systems erfolgt oft anhand empirisch bekannt gewordener Parameter. Weiterhin sind oft Betriebsparameter für den Betrieb des bereits bestehenden technischen Systems anzupassen. Diese Anpassung basiert zumeist auf speziellem Fachwissen.For the design of a complex technical system are already in an early stage Planning phase significant sizes of this Systems, e.g. costs for the production or efficiency during the term, of great interest. A realization of the system is often based on empirically known become parameter. Furthermore, often operating parameters for the operation of the existing technical system. This adaptation is mostly based on special expertise.

Das technische System kann oftmals durch eine Zielfunktion beschrieben werden, die mehrere Zielgrößen umfasst und welche von den oben genannten Parametern abhängt. Beispiele solcher Zielgrößen sind z.B. die Kosten und der Wirkungsgrad eines Systems.The technical system can often be described by an objective function which covers several targets and which depends on the above parameters. Examples of such targets are e.g. the cost and efficiency of a system.

Es besteht das Bedürfnis, für die Zielfunktion eines technischen Systems die optimalen Parameter zu finden. Bei diesen Parametern handelt es sich beispielsweise um die Parameterwerte, bei denen die Zielfunktion ein Minimum annimmt. Umfasst die Zielfunktion mehrere Zielgrößen, wird als optimale Lösung meist die sog. pareto-optimale Lösung definiert. Diese pareto-optimale Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass die entsprechenden Parameter der Lösung nicht mehr verändert werden können, ohne dass sich dadurch eine Verschlechterung für mindestens eine Zielgröße der Zielfunktion ergebe.It there is a need for the Objective function of a technical system to find the optimal parameters. These parameters are, for example, the parameter values, where the objective function takes a minimum. Includes the objective function several outcomes, will as an optimal solution usually the so-called Pareto-optimal solution Are defined. This Pareto-optimal solution is characterized by it that the corresponding parameters of the solution are no longer changed can, without thereby causing a deterioration for at least one target size of the objective function follows.

Bei einer Vielzahl von technischen Systemen liegen die optimalen Parameter dann vor, wenn die Zielfunktion des entspre chenden technischen Systems nicht nur ein lokales Minimum bzw. Maximum, sondern ein globales Minimum bzw. Maximum aufweist. Zur Lösung eines solchen globalen Optimierungsproblems ist bereits das Verfahren aus der Druckschrift [1] bekannt. Mit diesem Verfahren wird mittels einer stochastischen Differentialgleichung das globale Optimierungsproblem numerisch gelöst, wobei zur numerischen Lösung das hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannte Euler-Verfahren eingesetzt wird. Das Verfahren liefert gute Ergebnisse, jedoch ist es durch die Verwendung des Euler-Verfahrens numerisch sehr aufwändig.at a variety of technical systems are the optimal parameters then if the objective function of the corre sponding technical system not just a local minimum or maximum, but a global one Minimum or maximum. To solve such a global one Optimization problem is already the method of the document [1] known. With this method is by means of a stochastic differential equation solved the global optimization problem numerically, with sufficient to numerical solution that The Euler method known from the prior art is used. The method gives good results, however it is by use of the Euler method numerically very complex.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zum Entwurf eines technischen Systems bereitzustellen, welches gegenüber bekannten Verfahren nach dem Stand der Technik einen geringeren numerischen Aufwand mit sich bringt.task The invention is therefore a method for the design of a technical To provide system, which compared to known methods the prior art a lower numerical effort with it brings.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein technisches System betrachtet, dessen Zielfunktion von wenigstens einem Parameter in einem Variablenraum abhängt. Es werden durch mehrere Berechnungsschritte iterativ neue Zielfunktionswerte ermittelt, wobei in jedem Berechnungsschritt eine von der Zielfunktion abhängige und auf einer stochastischen Differentialgleichung beruhende Entwicklung einer stochastischen Größe, insbesondere einer Markovkette, berechnet wird. Die Entwicklung der stochastischen Größe hängt hierbei von einer Schrittweite ab, die derart gewählt ist, dass die Entwicklung mit zunehmender Anzahl an Berechnungsschritten gegen eine stationäre stochastische Verteilung konvergiert. Numerische Simulationen haben gezeigt, dass durch eine derartige Wahl der Schrittweite das globale Optimum der Zielfunktion erreicht werden kann, ohne dass berücksichtigt werden muss, ob mit der gewählten Schrittweite die Entwicklung der stochastischen Größe auch tatsächlich eine gute Approximation der Lösung der Differentialgleichung darstellt. Nach einer Anzahl von durchgeführten Berechnungsschritten kann in dem erfindungsgemäßen Verfahren davon ausgegangen werden, dass wenigstens einer der berechneten Zielfunktionswerte in der Nähe ei nes globalen Optimums der Zielfunktion lag. Deshalb wird nach einer Anzahl von Berechnungsschritten ein lokales Optimierungsverfahren zum Ermitteln eines hinsichtlich eines Optimalitätskriteriums optimalen Zielfunktionswertes durchgeführt, wobei als Startwert des Optimierungsverfahrens einer der nach der vorgegebenen Anzahl von Berechnungsschritten ermittelten Zielfunktionswerte verwendet wird. Es kann davon ausgegangen werden, dass der mit dem lokalen Optimierungsverfahren ermittelte Funktionswert auch das globale Optimum der Zielfunktion ist, so dass dieser optimale Funktionswert und die zugehörigen Parameter zum Entwurf des technischen Systems eingesetzt werden.at the method according to the invention is considered a technical system, whose objective function of depends on at least one parameter in a variable space. It become iteratively new objective function values through several calculation steps determined, wherein in each calculation step one dependent on the target function and development based on a stochastic differential equation a stochastic size, in particular a Markov chain. The evolution of stochastic Size depends on this from a step size chosen such that the development with increasing number of calculation steps against a stationary stochastic Distribution converges. Numerical simulations have shown that by such a choice of step size the global optimum of Target function can be achieved without having to take into account whether with the chosen one Step the development of stochastic size too indeed a good approximation of the solution represents the differential equation. After a number of calculation steps can in the process according to the invention be assumed that at least one of the calculated Target function values nearby There was a global optimum of the objective function. Therefore, after a number of calculation steps a local optimization method for determining an optimal target function value with respect to an optimality criterion carried out, wherein as starting value of the optimization method one of the after predetermined number of calculation steps determined target function values is used. It can be assumed that the with the function value also determined by the local optimization method global optimum of the objective function is, so this optimal functional value and the associated ones Parameters are used for the design of the technical system.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens sind die Parameter, von denen die Zielfunktion abhängt, kontinuierliche Parameter und die Zielfunktion ist eine skalarwertige Funktion f: Rn -> R.In a particularly preferred embodiment of the method, the parameters on which the objective function depends are continuous parameters and the objective function is a scalar-valued function f: R n -> R.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens erfüllt die Zielfunktion folgende Voraussetzungen:
Es existiert ein ε > 0 derart, dass es ein r > 0 gibt mit

Figure 00030001
für alle x ∊ R \ {x ∊ Rn : ||x||2 ≤ r}, wobei ∇f(x) den Gradienten der Zielfunktion f : Rn → R an der Stelle x bezeichne; und
es existiert ein r' ∊ R, r' > 0, und eine stetige Funktion σ : Rn → R, σ(x) > 0 für alle x ∊ Rn, so dass für alle x ∊ Rn die Matrix Aσ,x : = En + σ(x)∇2f(x) invertierbar ist und für alle x ∊ Rn mit ||x||2> r' gilt
Figure 00030002
wobei σ(x) die Schrittweite ist.In a further preferred embodiment of the method, the objective function fulfills the following prerequisites:
There exists an ε> 0 such that there is an r> 0 with
Figure 00030001
for all x ∈ R \ {x ∈ R n : || x || 2 ≤ r}, where ∇f (x) denotes the gradient of the objective function f: R n → R at x; and
there exists a r 'ε R, r'> 0, and a continuous function σ: R n → R, σ (x)> 0 for all x ε R n , so that for all x ε R n the matrix A σ, x : = E n + σ (x) ∇ 2 f (x) is invertible and for all x ∈ R n with || x || 2 > r 'applies
Figure 00030002
where σ (x) is the step size.

Diese Voraussetzungen stellen sicher, dass die Zielfunktion außerhalb einer Kugel um den Nullpunkt nicht nur ausreichend stark steigt, sondern dass diese Steigung auch hinreichend gleichmäßig verläuft. Die Erfinder konnten beweisen, dass mit diesen Voraussetzungen immer gewährleistet ist, dass die Entwicklung der stochastischen Größe mit zunehmender Anzahl an Berechnungsschritten gegen eine stationäre stochastische Verteilung konvergiert. Die Voraussetzung stellt keine einschneidende Einschränkung an die Zielfunktion dar, da im Falle, dass die Funktion die Voraussetzung nicht erfüllt, diese immer gegen eine Hilfsfunktion ausgetauscht werden kann, die diese Voraussetzung erfüllt und das gleiche globale Optimum besitzt.These Requirements make sure that the objective function is outside a ball does not just rise enough around the zero point but that this slope is also sufficiently uniform. The Inventors were able to prove that with these conditions always guaranteed is that the evolution of stochastic size with increasing number Calculation steps against a stationary stochastic distribution converges. The requirement does not impose any significant restriction the objective function, since in the case that the function is the prerequisite not fulfilled, This can always be exchanged for an auxiliary function, the meets this requirement and has the same global optimum.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform lautet die stochastische Differentialgleichung wie folgt:

Figure 00040001
wobei f(x) die Zielfunktion und σ: Rn -> R eine Schrittweite ist,
t ε'x0(ω)} ein stochastischer Prozess ist und
{Bt : t ≥ 0} eine Brownsche Bewegung ist.In another particularly preferred embodiment, the stochastic differential equation is as follows:
Figure 00040001
where f (x) is the objective function and σ: R n -> R is a step size,
t ε ' x 0 (ω)} is a stochastic process and
{B t : t ≥ 0} is a Brownian motion.

Ferner lautet die Entwicklung der stochastischen Größe bevorzugt wie folgt:

Figure 00040002
wobei ξ eine in einem vorangegangen Berechnungsschritt ermittelte Realisierung von
Figure 00040003
ist.Further, the development of the stochastic size is preferably as follows:
Figure 00040002
where ξ is a realization, determined in a preceding calculation step, of
Figure 00040003
is.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird der nach jedem Berechnungsschritt ermittelte Funktionswert mit dem im vorangegangenen Berechnungsschritt ermittelten Funktionswert verglichen und die Schrittweite wird vergrößert, wenn der ermittelte Funktionswert kleiner oder gleich dem im vorangegangenen Berechnungsschritt ermittelten Funktionswert ist. Ist dies nicht der Fall, wird die Schrittweite verkleinert. Es hat sich bei der Implementierung des Verfahrens gezeigt, dass hierdurch die Laufzeit des Verfahrens verkürzt werden kann.In Another particularly preferred embodiment will after each Calculation step determined function value with that in the previous Calculation step determined function value compared and the Increment is increased when the determined function value is less than or equal to the one in the previous one Calculation step determined function value is. Is not this In the case, the step size is reduced. It has become at the Implementation of the method shown that thereby the term shortened the procedure can be.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird nach einer vorbestimmten Anzahl von Berechnungsschritten die Differenz des maximalen und des minimalen Funktionswertes der vorangegangenen Berechnungsschritte ermittelt und die Schrittweite wird verkleinert, wenn sie kleiner als ein vorgegebener Wert ist. Es hat sich bei der Implementierung des Verfahrens gezeigt, dass hierdurch eine Stagnation des Verfahrens in einem lokalen Minimum schneller aufgehoben werden kann.In a further preferred embodiment After a predetermined number of calculation steps, the Difference between the maximum and the minimum function value of the previous ones Calculation steps determined and the step size is reduced, if it is less than a predetermined value. It has become the implementation of the method shown that thereby a Stagnation of the process in a local minimum repealed faster can be.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Anzahl der durchgeführten Berechnungsschritte durch folgendes Abbruchkriterium bestimmt:
Konvergenz des Ausdrucks:

Figure 00050001
wobei ε > 0 und Φ σ / i die Entwicklung der stochastischen Größe im i-ten Berechnungsschritt ist und k die Anzahl der bereits durchgeführten Berechnungsschritte ist.In a further embodiment of the invention, the number of calculation steps carried out is determined by the following termination criterion:
Convergence of the expression:
Figure 00050001
where ε> 0 and Φ σ / i is the evolution of the stochastic quantity in the ith calculation step and k is the number of calculation steps already performed.

Die Erfinder konnten beweisen, dass die Zielfunktionswerte in den vorangegangenen Berechnungsschritten wenigstens einmal in die Nähe der globalen Optimums lagen, wenn die Konvergenz des obigen Ausdrucks gewährleistet ist. Hierbei wurde der Ausdruck derart gewählt, dass größeres Gewicht auf kleinere Funktionswerte gelegt wird.The Inventors were able to prove that the objective function values in the previous Calculation steps were close to the global optimum at least once, if the convergence of the above expression is ensured. This was the term chosen so that greater weight is placed on smaller functional values.

Neben dem oben beschriebenen Verfahren zum Entwurf eines technischen Systems betrifft die Erfindung ferner eine Anordnung zum Entwurf eines technischen Systems mit einer Prozessoreinheit, die derart eingerichtet ist, dass das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist. Ferner umfasst die Erfindung ein Computerprogrammerzeugnis, welches ein Speichermedium aufweist, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, wobei das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner abläuft.Next the method described above for the design of a technical system the invention further relates to an arrangement for the design of a technical System with a processor unit that is set up in such a way that the inventive method feasible is. Furthermore, the invention comprises a computer program product, which has a storage medium on which a computer program is stored is, wherein the inventive method carried out is when the computer program runs on a computer.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.embodiments The invention will be described below with reference to the accompanying drawings described.

Es zeigen:It demonstrate:

1A bis 1C ein Diagramm, welches den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht; und 1A to 1C a diagram illustrating the sequence of the method according to the invention; and

2 eine schematische Darstellung der Prozessoreinheit, mit der das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist. 2 a schematic representation of the processor unit, with which the inventive method is feasible.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Entwurf eines technischen Systems beruht auf einem Verfahren zur globalen Optimierung mit stochastischer Integration, das in Druckschrift [1] beschrieben ist. Zum Verständnis der Erfindung ist es zunächst notwendig, einige mathematische Grundlagen aus der Wahrscheinlichkeitstheorie und der Theorie stochastischer Differentialgleichungen darzulegen.The inventive method to design a technical system is based on a procedure for global optimization with stochastic integration, which in Reference [1] is described. To understand the invention it is first necessary, some mathematical foundations from probability theory and the theory of stochastic differential equations.

Die nachfolgende Darstellung der Grundlagen der Stochastik geht auf die Dokumente [2], [3] und [4] zurück: The The following description of the basics of stochastics comes up the documents [2], [3] and [4] return:

Notation:Notation:

Bn bezeichne für n ∊ N die Borel-σ-Algebra im Rn, das heißt die von den offenen Mengen im Rn erzeugte σ-Algebra, B[a,b], a, b ∊ R mit a < b, die Borel-σ-Algebra auf dem Intervall [a,b] und λn das n-dimensionale Lebesgue-Maß. Weiterhin bildet die Menge B:={A ∊ P(R) : A ∩ R ∊ B} eine σ-Algebra über R. N B denote for n ε N is the Borel-σ-algebra in R n, that is, from the open volumes in R n generated σ algebra, B [a, b], a, ε R b with a <b, the Borel σ algebra on the interval [a, b] and λ n the n-dimensional Lebesgue measure. Furthermore, the amount forms B : = {A ∈ P ( R ): A ∩ R ε B} is a σ-algebra R ,

Es wird im Folgenden nur ein spezieller Wahrscheinlichkeitsraum – der Wiener Raum – betrachtet. Dies ist der Raum Ωn aller stetiger Funktionen F:R + / 0 → Rn mit der σ-Algebra B(Ωn). Dabei bezeichne B(Ωn) die kleinste aller σ-Algebren S über Ωn, so dass die Projektionen pt : Ωn → Rn, F → F(t), t ∊ R + / 0, S-Bn – messbar sind. Um auf diesem Messraum ein Maß – das Wiener Maß – definieren zu können, benötigen wir einige Definitionen.In the following, only a special probability space - the Vienna area - is considered. This is the space Ω n of all continuous functions F: R + / 0 → R n with the σ-algebra B (Ω n ). In this case, B (Ω n ) designates the smallest of all σ-algebras S over Ω n , so that the projections p t : Ω n → R n , F → F (t), t ∈ R + / 0, SB n -measurable , In order to be able to define a measure - the Viennese measure - in this measuring room, we need some definitions.

Definition 1 (P-fast überall, P-fast sicher)Definition 1 (P-almost everywhere, P-almost sure)

Es sei (Ω, S, P) ein Maßraum. Eine Eigenschaft gilt P-fast überall, falls es eine Menge A vom Maß 0 gibt, so dass die Eigenschaft außerhalb von A gilt. Ist (Ω, S, P) ein Wahrscheinlichkeitsraum, so gilt eine Eigenschaft P-fast sicher, falls sie für eine Menge vom Maß 1 gilt.It let (Ω, S, P) a measure room. One property applies to P-almost everywhere, if there is a set A of dimension 0, leaving the property outside from A applies. Is (Ω, S, P) is a probability space, a property P-fast holds sure, if for a lot of measure 1 applies.

Definition 2 (numerische Funktion)Definition 2 (numeric Function)

Eine auf einer nichtleeren Menge A ⊆ Ωn definierte Funktion g : A → R heißt numerische Funktion.A function g: A → defined on a non-empty set A ⊆ Ω n R is called numeric function.

Definition 3 (n-dimensionale Zufallsvariable)Definition 3 (n-dimensional Random variable)

Sei n ∊ N. Eine Funktion X : Ωn → Rn heißt (n-dimensionale) Zufallsvariable, falls sie B (Ωn)-Bn-messbar ist.Let n ∈ N. A function X: Ω n → R n is called an (n-dimensional) random variable if it is B (Ω n ) -B n measurable.

Wird ein Zufallsexperiment ausgeführt, so zeigt eine Zufallsvariable den Ausgang dieses Experiments als n-dimensionalen reellen Vektor an. Man spricht hier von einer Realisierung der Zufallsvariablen X.Becomes run a random experiment, so a random variable shows the outcome of this experiment as n-dimensional real vector. This is called a realization the random variable X.

Ein zentraler Begriff für das erfindungsgemäße Verfahren ist der stochastische Prozess.One central term for the inventive method is the stochastic process.

Definition 4 (stochastischer Prozess)Definition 4 (stochastic Process)

Es sei Xt : Ωn → Rn für jedes t ∊ I eine n-dimensionale Zufallsvariable, wobei I eine Indexmenge sei. Dann heißt die Menge {Xt : t ∊ I} stochastischer Prozess.Let X t : Ω n → R n be an n-dimensional random variable for each t ∈ I, where I is an index set. Then the set {X t : t ∈ I} is called a stochastic process.

Definition 5 (Pfad eines stochastischen Prozesses)Definition 5 (Path of a stochastic process)

Es sei {Xt : t ≥ 0} ein stochastischer Prozess. Dann heißt die Funktion Xω : R + / 0 → Rn, t ↦ Xt(ω), ω ∊ Ωn, Pfad des stochastischen Prozesses {Xt : t ≥ 0}.Let {X t : t ≥ 0} be a stochastic process. Then the function X ω is called : R + / 0 → R n , t ↦ X t (ω), ω ε Ω n , path of the stochastic process {X t : t ≥ 0}.

Die Stetigkeit des stochastischen Prozesses betrachtet man pfadweise.The Continuity of the stochastic process is considered path by path.

Definition 6 (Stetigkeit eines stochastischen Prozesses)Definition 6 (continuity a stochastic process)

Es sei {Xt : t ≥ 0} ein stochastischer Prozess. Dann heißt {Xt : t ≥ 0} stetig, falls jeder Pfad von {Xt : t ≥ 0} stetig ist.Let {X t : t ≥ 0} be a stochastic process. Then {X t : t ≥ 0} is called continuous if every path of {X t : t ≥ 0} is continuous.

Sind alle Informationen aus der Vergangenheit in der aktuellen σ-Algebra enthalten, so erhält man eine aufsteigende Folge von σ-Algebren, die man als Filtration bezeichnet.are all information from the past in the current σ-algebra contain, so receives an ascending sequence of σ-algebras, which is called filtration.

Definition 7 (Filtration)definition 7 (Filtration)

Es sei (Ω, S, P) ein Wahrscheinlichkeitsraum, U ⊆ R und {Fs : s ∊ U} eine Menge von σ-Algebren auf Ω mit Fs ⊆ S für alle s ∊ U. Es gelte Fs ⊆ Fr für alle s, r ∊ U mit s ≤ r. Dann heißt {Fs : s ∊ U} eine Filtration in S.Let (Ω, S, P) be a probability space, U ⊆ R and {F s : s ∈ U} a set of σ-algebras on Ω with F s ⊆ S for all s ε U. Let F s ⊆ F r for all s, r ε U with s ≤ r. Then {F s : s ε U} is called a filtration in S.

Definition 8 (adaptiert)Definition 8 (adapted)

Es sei (Ω, S, P) ein Wahrscheinlichkeitsraum U ⊆ R und {Xs s ∊ U} ein stochastischer Prozess und {Fs : s ∊ U} eine Filtration in S. Dann heißt der stochastische Prozess {Xs : s ∊ U} der Filtration {Fs : s ∊ U} adaptiert, falls für jedes s ∊ U die Zufallsvariable Xs Fs-Bn-messbar ist.Let (Ω, S, P) be a probability space U ⊆ R and {X s ε U} a stochastic process and {F s : s ∈ U} a filtration in S. Then the stochastic process {X s : s ε U} of the filtration {F s : s ε U} adapted if for each s ε U, the random variable X s F s -B n- measurable.

Als kanonische Filtration eines stochastischen Prozesses {Xs : s ∊ U} bezeichnet man die Filtration {Ss : s ∊ U}, gegeben durch Ss : = σ(Xt : t ≤ s) für alle s ∊ U. Dabei bezeichne σ(Xt : t ≤ s) die kleinste aller σ-Algebren S, so dass alle Zufallsvariablen Xt, t ≤ s, S-Bn-messbar sind.The canonical filtration of a stochastic process {X s : s ε U} is the filtration {S s : s ε U}, given by S s : = σ (X t : t ≤ s) for all s ε U. Here denote σ (X t : t ≤ s) is the smallest of all σ-algebras S, so that all random variables X t , t ≤ s, SB n are measurable.

Satz 9 (Integration stetiger stochastischer Prozesse)Theorem 9 (integration of continuous stochastic processes)

Es sei n ∊ N und {Xt : t ≥ 0} mit Xt : Ωn →Rn , t ∊ R + / 0 , ein stetiger stochastischer Prozess. Dann ist für jede stetige Funktion g : Rn → Rn der stochastische Prozess {Yt : t ≥ 0} mit

Figure 00090001
stetig.Let n ∈ N and {X t : t ≥ 0} with X t : Ω n → R n , t ∈ R + / 0, be a continuous stochastic process. Then the stochastic process {Y t : t ≥ 0} is given for every continuous function g: R n → R n
Figure 00090001
steadily.

Es wird nun ein wichtiger stochastischer Prozess – die Brownsche Bewegung – definiert. Zunächst betrachtet man sie auf allgemeinen Räumen, dann folgt ein Satz, der aussagt, dass es ein Maß auf (Ωn, B(Ωn)) gibt, so dass eine Brownsche Bewegung existiert.Now an important stochastic process - the Brownian motion - is defined. First, consider them in general spaces, then a sentence follows that says that it is a measure of (Ω n , B (Ω n )) gives, so that a Brownian movement exists.

Definition 10 (Brown'sche Bewegung auf (Ω, S, P))Definition 10 (Brownian motion on (Ω, S, P))

Es sei (Ω, S, P) ein Wahrscheinlichkeitsraum und Xt : Ω → Rn für jedes t ∊ R + / 0 S-Bn -messbar. Dann heißt der stochastische Prozess {Xt : t ∊ R + / 0} n-dimensionale Brownsche Bewegung auf (Ω, S, P), falls gilt

  • i) X0 = 0 P-fast sicher,
  • ii) Für jedes k ∊ N und für jedes Tupel (t1, t2, ..., tk)T ∊ Rk mit 0 ≤ t1 < t2 ... <tk sind die Zufallsvariablen
    Figure 00100001
    tochastisch unabhängig.
  • iii) für alle s, t ∊ R + / 0, s < t, ist die Zufallsvariable Xt – Xs N(0, (t-s)En)- normal verteilt, wobei En die n-dimensionale Einheitsmatrix bezeichne,
  • iv) alle Pfade von {Xt : t ∊ R + / 0} sind stetig.
Let (Ω, S, P) a probability space and X t: Ω → R n for every t ε R + / 0 SB n -measurable. Then the stochastic process is called {X t : t ∈ R + / 0} n-dimensional Brownian motion (Ω, S, P), if applicable
  • i) X 0 = 0 P-almost sure
  • ii) For each k ε N and for each tuple (t 1 , t 2 , ..., t k ) T ε R k with 0 ≤ t 1 <t 2 ... <t k are the random variables
    Figure 00100001
    tochastically independent.
  • iii) for all s, t ∈ R + / 0, s <t, the random variable X t - X s N (0, (ts) E n ) - is normally distributed, where E n is the n-dimensional unit matrix,
  • iv) all paths of {X t : t ∈ R + / 0} are continuous.

Der folgende Satz sagt aus, dass es auf dem Wiener-Raum ein Maß Wn gibt, so dass eine Brownsche Bewegung existiert.The following sentence states that there is a measure W n in the Vienna area, so that a Brownian motion exists.

Satz und Definition 11 (Wiener-Maß, Wiener-Raum)Sentence and definition 11 (Wiener measure, Wiener space)

Es sei (Ωn, B(Ωn)) der Raum aller stetigen Funktionen F : R + / 0 → R mit der σ-Algebra B(Ωn). Dabei bezeichne B(Ωn) die kleinste aller σ-Algebren S über Ωn, so dass die Projektionen pt : Ωn → Rn, F ↦ F(t) , t ∊ R + / 0 , S-B(Ωn)-messbar sind. Es sei {Bt :t ≥ 0} ein stochastischer Prozess mit Bt(ω) = ω(t) für alle t ≥ 0 und ω ∊ Ωn. Dann gibt es für jedes n ∊ N genau ein Maß Wn auf (Ωn, B(Ωn)), genannt das Wiener Maß, mit den folgenden Eigenschaften

  • i) B0 = 0 Wn-fast sicher,
  • ii) für alle t0, t1, ... tm, m ∊ N mit 0 = t0 < t1 < ... < tm sind die Zufallsvariablen
    Figure 00100002
    stochastisch unabhängig.
  • iii) für alle s, t ∊ N mit 0 ≤ s < t ist die Zufallsvariable Bt-Bs N(0, (t-s)En)- normal verteilt, wobei En die n-dimensionale Einheitsmatrix bezeichne.
Let (Ω n , B (Ω n )) be the space of all continuous functions F: R + / 0 → R with the σ-algebra B (Ω n ). Here B (Ω n ) denotes the smallest of all σ-algebras S over Ω n , so that the projections p t : Ω n → R n , F ↦ F (t), t ∈ R + / 0, SB (Ω n ) are measurable. Let {B t : t ≥ 0} be a stochastic process with B t (ω) = ω (t) for all t ≥ 0 and ω ε Ω n . Then for every n ∈ N there exists exactly one measure W n on (Ω n , B (Ω n )), called the Viennese measure, with the following properties
  • i) B 0 = 0 W n -most sure
  • ii) for all t 0 , t 1 , ... t m , m ∈ N with 0 = t 0 <t 1 <... <t m are the random variables
    Figure 00100002
    stochastically independent.
  • iii) for all s, t ε N with 0 ≤ s <t, the random variable B t -B s N (0, (ts) E n ) - is normally distributed, where E n is the n-dimensional unit matrix.

Man bezeichnet den Wahrscheinlichkeitsraum (Ωn, B(Ωn), Wn) als Wiener Raum. Somit ergibt sich zwingend die folgende Definition.The probability space (Ω n , B (Ω n ), W n ) is called Viennese space. Thus, the following definition is mandatory.

Definition 12 (Brownsche Bewegung auf (Ωn, B(Ωn), Wn))Definition 12 (Brownian movement (Ω n, B (Ω n), W n))

Der stochastische Prozess {Bt : t ≥ 0} mit Bt(ω) = ω(t) für alle ω ∊ Ωn und t ∊ R + / 0, n ∊ N, heißt die n-dimensionale Brownsche Bewegung auf (Ωn, B(Ωn), Wn).The stochastic process {B t : t ≥ 0} with B t (ω) = ω (t) for all ω ε Ω n and t ε R + / 0, n ε N, is called the n-dimensional Brownian motion on (Ω n , B (Ω n ), W n ).

Nachdem nun der Maßraum (Ωn, B(Ωn), Wn) definiert wurde, kann nun die Verteilung und der Erwartungswert einer Zufallsvariablen auf diesem Maßraum definiert werden.Now that the measure space (Ω n , B (Ω n ), W n ) has been defined, the distribution and the expected value of a random variable can be defined on this measure space.

Definition 13 (Verteilung der Zufallsvariablen)Definition 13 (distribution the random variables)

Es sei X : Ωn → Rn eine Zufallsvariable. Dann heißt das Maß μ auf dem Messraum (Rn, B(Rn)) mit
μ(A) := Wn ({w ∊ Ωn : X (ω) ∊ A})
für alle A ∊ Bn die Verteilung von X.
Let X: Ω n → R n be a random variable. Then the measure μ on the measuring space (R n , B (R n )) is called
μ (A): = W n ({w ε Ω n : X (ω) ∈ A})
for all A ε B n the distribution of X.

Definition 14 (Erwartungswert einer Zufallsvariablen)Definition 14 (expected value a random variable)

Es sei X: Ωn → Rn eine Zufallsvariable. Wenn das Integral

Figure 00110001
existiert, wird es Erwartungswert der Zufallsvariablen X genannt und mit E(X) bezeichnet.Let X: Ω n → R n be a random variable. If the integral
Figure 00110001
it is called the expected value of the random variable X and denoted by E (X).

Neben den soeben definierten Grundlagen der Stochastik ist zum Verständnis der Erfindung auch die Definition des stochastischen Ito-Integrals notwendig, da dieses Integral in der im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten stochastischen Differentialgleichung eingesetzt wird. Zwecks einer genaueren Darstellung der stochastischen Integrale sei auf die Druckschriften [4] und [5] verwiesen.Next the just defined foundations of stochastics is to understand the Invention also requires the definition of the stochastic Ito integral, since this integral in the stochastic used in the process according to the invention Differential equation is used. For a more detailed account of the stochastic integrals is to be found in references [4] and [5] directed.

Definition 15 (elementarer stochastischer Prozess)Definition 15 (elementary stochastic process)

Es sei (Ω, S, P) ein Wahrscheinlichkeitsraum, [a, b] ein abgeschlossenes Intervall mit a, b ∊ R + / 0, a < b and {Fs : s ∊ [a, b] eine Filtration in S. Dann heißt der stochastische Prozess {Xs : s ∊ [a, b]} elementarer stochastischer Prozess bezüglich {Fs : s ∊ [a, b]} auf (Ω, S, P) , falls die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

  • i) {Xs : s ∊ [a, b]} ist der Filtration {Fs : s ∊ [a, b]} adaptiert.
  • ii) Es existieren t0, ..., tk ∊ [a, b] mit a = t0 < t1, ..., < tk = b derart, dass
    Figure 00120001
    für alle s ∊ [ti, ti+1 [, i ∊ {0, ..., k –1} und alle ω ∊ Ω.
  • iii)
    Figure 00120002
    .
Let (Ω, S, P) be a probability space, [a, b] a closed interval with a, b ∈ R + / 0, a <b and {F s : s ∈ [a, b] a filtration in S. Then the stochastic process is called {X s : s ε [a, b]} elementary stochastic process with respect to {F s : s ε [a, b]} on (Ω, S, P) if the following conditions are fulfilled:
  • i) {X s : s ε [a, b]} is adapted to the filtration {F s : s ε [a, b]}.
  • ii) There exist t 0 , ..., t k ε [a, b] with a = t 0 <t 1 , ..., <t k = b such that
    Figure 00120001
    for all s ∈ [t i , t i + 1 [, i ∈ {0, ..., k -1} and all ω ∈ Ω.
  • iii)
    Figure 00120002
    ,

Elementare stochastische Prozesse sind also – bildlich gesprochen – solche stochastische Prozesse, deren Pfade Treppenfunktionen sind.elementary Stochastic processes are - figuratively speaking - such stochastic processes whose paths are staircase functions.

Für elementare stochastische Prozesse defininiert man das stochastische Integral wie folgt:For elementary stochastic processes define the stochastic integral as follows:

Definition 16 (stochastisches Integral für elementare Prozesse)Definition 16 (stochastic Integral for elementary processes)

Es sei (Ω, S, P) ein Wahrscheinlichkeitsraum, {Bt : t ≥ 0} eine eindimensionale Brownsche Bewegung auf (Ω, S, P) mit der kanonischen Filtration {Ct : t ≥ 0} und {Xs : s ∊ [a, b]} ein elementarer stochastischer Prozess bezüglich {Cs : s [a, b]} mit e, a ∊ R + / 0, a < b. Es sei ferner {t0, t1, ..., tk} eine Zerlegung von [a, b] derart, dass

Figure 00120003
für alle s ∊ [ti, ti+1 [, i ∊ {0, ..., k –1} und alle ω ∊ Ω. Dann definiert man die Cb-B-messbare Zufallsvariable Ix mit
Figure 00130001
als stochastisches Integral von {Xs : s ∊ [a, b]}. Wir bezeichnen Ix mit
Figure 00130002
Let (Ω, S, P) be a probability space, {B t : t ≥ 0} a one-dimensional Brownian motion on (Ω, S, P) with canonical filtration {C t : t ≥ 0} and {X s : s Ε [a, b]} is an elementary stochastic process with respect to {C s : s [a, b]} with e, a ∈ R + / 0, a <b. Further, let {t 0 , t 1 , ..., t k } be a decomposition of [a, b] such that
Figure 00120003
for all s ∈ [t i , t i + 1 [, i ∈ {0, ..., k -1} and all ω ∈ Ω. Then one defines the C b -B measurable random variable I x
Figure 00130001
as a stochastic integral of {X s : s ε [a, b]}. We denote I x with
Figure 00130002

Das stochastische Integral für beliebige stochastische Prozesse {Xs : s ∊ [a, b]} mit supa≤s≤b E(||Xs|| 2 / 2)<∞ enthält man durch eine Art Grenzübergang der Integrale der elementaren stochastischen Prozesse, die den stochastischen Prozess {Xs : s ∊ [a, b]} approximieren. Diese Approximation geschieht in drei Schritten: Zunächst wird {Xs : s ∊ [a, b]} durch stochastische Prozesse mit gleichmäßig beschränkten Pfaden approximiert, und diese wiederum durch stetige stochastische Prozesse. Alle stochastischen Integrale verwenden diese Vorgehensweise. Der Unterschied zwischen den verschiedenen stochastischen Integralen liegt nun im dritten Schritt, der Approximation der stetigen stochastischen Prozesse durch elementare stochastische Prozesse.The stochastic integral for arbitrary stochastic processes {X s : s ε [a, b]} with sup a≤s≤b E (|| X s || 2/2) <∞ is given by a kind of border crossing of the integrals of the elementary ones stochastic processes that approximate the stochastic process {X s : s ε [a, b]}. This approximation is done in three steps: First, {X s : s ε [a, b]} is approximated by stochastic processes with uniformly bounded paths, and these in turn by continuous stochastic processes. All stochastic integrals use this approach. The difference between the different stochastic integrals lies in the third step, the approximation of the continuous stochastic processes by elementary stochastic processes.

Das Ito-Integral kann für folgende stochastische Prozesse definiert werden:The Ito-Integral can for following stochastic processes are defined:

Definition 17 (Menge der approximierbaren stochastischen Prozesse)Definition 17 (Quantity of approximable stochastic processes)

Seien (Ω, S, P) ein Wahrscheinlichkeitsraum, [a, b] ein abgeschlossenes Intervall mit a, b ∊ R + / 0, a < b, und {Fs : s ∊ [a, b]} eine Filtration in S. Dann betrachtet man die Menge Π aller stochastischen Prozesse {Ys : s ∊ [a, b]} mit folgenden Eigenschaften:

  • i) Ys : Ω → R ist für jedes s ∊ [a, b] Fs-B-messbar.
  • ii) Die Abbildung Y: [a, b] x Ω → R, (s,ω) ↦ Ys (ω) ist B[a, b] × S-B-messbar.
    Figure 00140001
Let (Ω, S, P) be a probability space, [a, b] a closed interval with a, b ∈ R + / 0, a <b, and {F s : s ∈ [a, b]} a filtration in S Then consider the set Π of all stochastic processes {Y s : s ε [a, b]} with the following properties:
  • i) Y s : Ω → R is measurable for each s ε [a, b] F s -B.
  • ii) The mapping Y: [a, b] x Ω → R, (s, ω) ↦Y s (ω) is B [a, b] × SB-measurable.
    Figure 00140001

Die Menge Π wird als Menge der bezüglich {Fs : s ∊ [a, b]} approximierbaren stochastischen Prozesse bezeichnet.The set Π is called the set of stochastic processes approximated with {F s : s ε [a, b]}.

Das Integral für matrixwertige elementare stochastische Prozesse kann in ähnlicher Weise wie eben dargestellt werden. Man bezeichnet das Ito-Integral It mit

Figure 00140002
The integral for matrix-valued elementary stochastic processes can be represented in a similar way as just described. One calls the Ito integral I t with
Figure 00140002

Das Ito-Integral ist seinerseits wieder ein stetiger stochastischer Prozess. Es findet Verwendung in der Definition stochastischer Differentialgleichungen.The For its part, Ito-Integral is again a steady stochastic one Process. It is used in the definition of stochastic differential equations.

Unter Zuhilfenahme der oben dargelegten Grundlagen kann nunmehr definiert werden, was unter einer stochastischen Differentialgleichung zu verstehen ist.Under With the aid of the principles set out above, it is now possible to define what is under a stochastic differential equation too understand is.

Wieder seien n, m ∊ N.Again Let n, m ε N.

Definition 18Definition 18

Es seien a, b ∊ R mit a < b und U ⊂ Rn. Weiter sei X ~ : Ωn → Rn eine Zufallsvariable mit E(||X ~|| 2 / 2) < ∞ . {Bt : t ∊ R + / 0} sei eine m-dimensionale Brownsche Bewegung. Die Funktion h: [a, b] × Rn → Rn sei B[a, b] × Bn-Bn-messbar, die Funktion G: [a, b] × Rn → R(n,m) sei B[a, b] × Bn-Bn -messbar. Dann heißt

Figure 00150001
eine Itô-stochastische Differentialgleichung.Let a, b ∈ R with a <b and U ⊂ R n . Let X ~: Ω n → R n be a random variable with E (|| X ~ || 2/2) <∞. Let {B t : t ε R + / 0} be an m-dimensional Brownian motion. Let the function h: [a, b] × R n → R n be B [a, b] × B n -B n measurable, the function G: [a, b] × R n → R (n, m) let B [a, b] × B n -B n be measurable. Then it means
Figure 00150001
an Itô-stochastic differential equation.

Anstelle von (1) verwendet man häufig die Schreibweise dXt = h(t, Xt)dt + G(t, Xt)dBt, t ∊ [a, b], Xa = X ~. Instead of (1) one often uses the spelling dX t = h (t, X t ) dt + G (t, X t ) dB t , tε [a, b], X a = X ~.

Man nennt h(t, Xt)dt den Driftkoeffizienten, G(t, Xt)dB n / t bezeichnet man als den Diffusionskoeffizienten.H (t, X t ) dt is called the drift coefficient, G (t, X t ) dB n / t is called the diffusion coefficient.

Nun muss definiert werden, was unter einer Lösung von (1) zu verstehen ist. Darüber gibt die folgende Definition Aufschluss:Now It must be defined what is meant by a solution of (1). About that gives the following definition:

Definition 19 (Lösung der stochastischen Differentialgleichung)Definition 19 (Solution of stochastic differential equation)

Ein stochastischer Prozes {Xs : s ∊ [a, b]} heißt Lösung von (1) falls

  • i) sup E(||Xs|| 2 / 2) < ∞
  • ii) Für alle a ≤ t ≤ b ist (1) erfüllt, das heißt insbesondere die Integrale auf der rechten Seite von (1) existieren.
A stochastic process {X s : s ε [a, b]} is called solution of (1) if
  • i) sup E (|| X s || 2/2) <∞
  • (ii) For all a ≤ t ≤ b, (1) is satisfied, that is, in particular, the integrals on the right side of (1) exist.

Eine Lösung heißt zulässig, falls {Xs : s ∊ [a, b]} stetig ist.A solution is called permissible if {X s : s ε [a, b]} is continuous.

Für die stochastische Differentialgleichung nach dem Itô-Kalkül kann eine Bedingung zur Existenz einer Lösung angegeben werden, wobei auf die Angabe der genauen Bedingung an dieser Stelle verzichtet wird.For the stochastic Differential equation according to the Itô calculus a condition for the existence of a solution can be given, where waived the specification of the exact condition at this point becomes.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird als stochastischer Prozess eine sogenannte Markov-Kette betrachtet. Deshalb werden im Folgenden noch Definitionen betreffend Markov-Ketten angegeben. Die nachfolgenden Definitionen sind weitestgehend der Druckschrift [6] entnommen.In the method according to the invention is considered a stochastic process called a Markov chain. Therefore, below are definitions regarding Markov chains specified. The following definitions are as far as possible Taken from publication [6].

Im Folgenden sei X ein beliebiger topologischer Raum und B(X) die zugehörige Borelsche σ-Algebra auf X. Zunächst ist die Definition eines Markovprozesses mit den entsprechenden Übergangswahrscheinlichkeiten zu klären.in the Let X be an arbitrary topological space and let B (X) be the corresponding Borel σ algebra X. First is the definition of a Markov process with the corresponding transition probabilities to clarify.

Definition 20 (Übergangswahrscheinlichkeiten)Definition 20 (transition probabilities)

Es sei P = {P(x,A): x ∊ X, A ∊ B(X)} gegeben mit

  • i) für jedes A ∊ B(X) ist P(·,A) eine nicht-negativ messbare Funktion auf X,
  • ii) für jedes x ∊ X ist P(x,·) ein Wahrscheinlichkeitsmaß auf B(X).
Let P = {P (x, A): x ∈ X, A ∈ B (X)} given by
  • i) for each A ε B (X), P (·, A) is a non-negatively measurable function on X,
  • ii) for each x ε X, P (x, ·) is a probability measure on B (X).

Dann heißt P Übergangswahrscheinlichkeitskern.Then is called P transition probability kernel.

Mit Hilfe eines Übergangswahrscheinlichkeitskerns kann nun eine Markovkette definiert werden.With Help a transitional probability kernel Now a Markov chain can be defined.

Definition 21 (Markovkette)Definition 21 (Markov chain)

Ein stochastischer Prozess Φ : = {Φt : t ∊ N0} definiert auf (X,B(X)) heißt zeitlich-homogener Markovprozess mit Anfangsverteilung μ und Übergangswahrscheinlichkeitskern P, wenn die Verteilung von Φ

Figure 00170001
für alle n ∊ N erfüllt.A stochastic process Φ: = {Φ t : t ε N 0 } defined on (X, B (X)) is called a time-homogeneous Markov process with initial distribution μ and transition probability kernel P, if the distribution of Φ
Figure 00170001
for all n ε N met.

Im weiteren wird folgendes konkret zu lösende Problem betrachtet. Das zu entwerfende technische System wird durch eine skalare Zielfunktion F: Rn → R, F ∊ C2 beschrieben, wobei die Parameter x=(x1, ..., xn) ∊ Rn des technischen Systems dann optimal eingestellt sind, wenn die Zielfunktion f(x) ein globales Minimum aufweist. Das Problem besteht somit darin, einen Punkt x* ∊ Rn zu finden, für das gilt: f(x*) ≤ f(x) für alle x ∊ Rn. In the following, the following concrete problem to be solved is considered. The technical system to be designed is described by a scalar objective function F: R n → R, F ε C 2 , wherein the parameters x = (x1,..., Xn) ε R n of the technical system are optimally set when the Target function f (x) has a global minimum. The problem is thus to find a point x * ε R n , for which the following applies: f (x *) ≤ f (x) for all x ε R n ,

Zur Lösung dieses Problems wird im Nachfolgenden ein auf dem Verfahren der Druckschrift [1] beruhendes Verfahren verwendet, wobei Zielfunktionen betrachtet werden, die folgende Voraussetzungen A erfüllen:to solution This problem will be explained below on the procedure of Reference [1] based method is used, with objective functions which meet the following conditions A:

Voraussetzung A:Condition A:

Es existiert ein ε > 0 derart, dass es ein r > 0 gibt mit

Figure 00170002
für alle x ∊ R \ {x ∊ Rn : ||x||2 ≤ r}, wobei ∇f (x) den Gradienten der Zielfunktion f : Rn → R an der Stelle x bezeichne.There exists an ε> 0 such that there is an r> 0 with
Figure 00170002
for all x ∈ R \ {x ∈ R n : || x || 2 ≤ r}, where ∇f (x) denotes the gradient of the objective function f: R n → R at x.

Voraussetzung A stellt sicher, dass die Zielfunktion außerhalb einer Kugel mit Radius r um den Ursprung entlang allen Richtungen s mit ||s||2 = 1 hinreichend schnell steigt. Das bedeutet, dass die Funktion f einen globalen Optimieren besitzt. Die Umkehrung gilt im allgemeinen nicht (vgl. die Funktion f: R → R, x ↦ sin(x)).Condition A ensures that the objective function is located outside a sphere of radius r around the origin along all directions s with || s || 2 = 1 rises sufficiently fast. This means that the function f has a global optimization. The inversion does not generally apply (see the function f: R → R, x ↦ sin (x)).

Sollte die Zielfunktion f die Voraussetzung A nicht erfüllen, verwendet man die Hilfsunktion

Figure 00180001
If the objective function f does not satisfy condition A, use the auxiliary function
Figure 00180001

Diese Hilfsfunktion f besitzt die folgenden Eigenschaften: f ∊ C2 f (x) = f(x) für alle x ∊ {x ∊ Rn : ||x|| 2 / 2 ≤ c},
f(x) > f(x) für alle x ∊ Rn mit ||x|| 2 / 2 > c,
f erfüllt Voraussetzung A.
This auxiliary function f has the following properties: f Ε C 2 f (x) = f (x) for all x ε {x ∈ R n : || x || 2/2 ≤ c},
f (x)> f (x) for all x ε R n with || x || 2/2> c,
f meets requirement A.

Unter Zuhilfenahme der im Vorangegangenen festgelegten Definitionen lässt sich folgende stochastische Differentialgleichung definieren:

Figure 00180002
Using the definitions given above, the following stochastic differential equation can be defined:
Figure 00180002

Es kann bewiesen werden (siehe Dokument [1]), dass jeder Pfad des Lösungsprozesses dieser Differentialgleichung in endlicher Zeit beliebig nahe an das globale Optimum x* von f herankommt.It can be proved (see document [1]) that every path of the solution process this differential equation is infinitely close in finite time the global optimum x * approaches f.

Zur Lösung der stochastischen Differentialgleichung (2) wird im Dokument [1] das semi-implizite Euler-Verfahren vorgeschlagen, das zu gegebener Schrittweite σ einen neuen Punkt ermittelt durch

Figure 00180003
wobei ξ eine in einem vorangegangen Berechnungsschritt ermittelte Realisierung von
Figure 00190001
ist.In order to solve the stochastic differential equation (2), the semi-implicit Euler method is proposed in document [1], which determines a new point for a given step size σ
Figure 00180003
where ξ is a realization, determined in a preceding calculation step, of
Figure 00190001
is.

Es kann bewiesen werden, dass Gleichung (3) für kleine σ eine Näherung der Lösung der stochastischen Differentialgleichung (2) darstellt. In dem Verfahren gemäß dem Dokument [1] wird die Schrittweite σ wie folgt gesteuert:
Man wählt eine Startschrittweite σ und bestimmt anhand dieser Schrittweite ausgehend von ξ einen neuen Punkt Φ ~σ(ξ). Anschließend tätigt man von ξ aus erneut einen Eulerschritt, allerdings mit Schrittweite σ/2. Von diesem neu erzeugten Punkt Φ ~σ/2(ξ) führt man dann noch einmal einen Eulerschritt – ebenfalls mit Schrittweite σ/2 – durch und erhält Φ ~σ/2(Φ ~σ/2(ξ)) Beträgt die Differenz zwischen Φ ~σ(ξ) und Φ ~σ/2(Φ ~σ/2(ξ)) maximal ein vorgegebenes δ, so akzeptiert man Φ ~σ(ξ) und behält die Schrittweite bei. Übersteigt die Differenz δ, so halbiert man die Schrittweite und führt die drei angegebenen Eulerschritte erneut aus.
It can be proved that equation (3) for small σ represents an approximation of the solution of the stochastic differential equation (2). In the method according to the document [1], the step size σ is controlled as follows:
Select a start step size σ and determine from this step on the basis of ξ a new point Φ ~ σ (ξ). Then you repeat from ξ an Euler step, but with increment σ / 2. From this newly generated point Φ ~ σ / 2 (ξ) one then performs another Euler step - also with step size σ / 2 - and obtains Φ ~ σ / 2 (Φ ~ σ / 2 (ξ)) Φ ~ σ (ξ) and Φ ~ σ / 2 (Φ ~ σ / 2 (ξ)) maximally a given δ, one accepts Φ ~ σ (ξ) and maintains the step size. If the difference exceeds δ, the step size is halved and the three specified Euler steps are executed again.

Diese Schrittweitensteuerung beruht auf dem Ziel, möglichst die genaue Lösung von (2) zu approximieren, was allerdings für die globale Optimierung nicht von Nöten ist und somit unnötigen numerischen Aufwand bedeutet.These Step size control is based on the goal, if possible, the exact solution of (2), which is not the case for global optimization of need is and therefore unnecessary means numerical effort.

Im Unterschied zum Verfahren des Dokuments [1] wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren eine andere Schrittweitensteuerung eingesetzt. Dieser Schrittweitensteuerung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass für die Zwecke der globalen Optimierung nicht die genaue Lösung

Figure 00190002
on Interesse ist, sondern lediglich die Erzeugung von Zufallszahlen gemäß einer Verteilung, bei der ein relativ großes Gewicht auf den globalen Minimierer der Zielfunktion f liegt. Deshalb wurde von den Erfindern untersucht, mit welcher Wahl der Schrittweite σ die Stabilitätseigenschaften erhalten bleiben, und zwar in dem Sinn, dass die vom semi-implizierten Euler-Verfahren in duzierte Markov-Kette eine stationäre Verteilung n besitzt. Hierzu wird die Vorgehensweise des semi-impliziten Euler-Verfahren nicht mehr länger als numerische Lösung der Stochastischen Differentialgleichung (2) aufgefasst, sondern als ein eigenes theoretisches Verfahren.In contrast to the method of document [1], another step size control is used in the method according to the invention. This step size control is based on the insight that for the purpose of global optimization is not the exact solution
Figure 00190002
is interested, but only the generation of random numbers according to a distribution in which a relatively large weight is on the global minimizer of the objective function f. Therefore, the inventors investigated which choice of step size σ preserves the stability properties, in the sense that the Markov chain induced by the semi-implied Euler method has a stationary distribution n. For this purpose, the procedure of the semi-implicit Euler method is no longer regarded as a numerical solution of the stochastic differential equation (2), but as a separate theoretical method.

Man verwendet also eine Schrittweitenfunktion σ : Rn → R, σ(ξ) > 0 für alle ξ ∊ Rn, und erzeugt ausgehend vom Startpunkt bzw. von der Realisierung ξim Schritt zuvor eine Markovkette Φσ :={Φ σ / t : t ∊ N} gemäß dem Bildungsgesetz

Figure 00200001
Thus one uses a step-size function σ: R n → R, σ (ξ)> 0 for all ξ ε R n , and generates a Markov chain Φ σ : = {Φ σ / t, starting from the starting point or from the realization ξin the previous step. t ε N} according to the Education Act
Figure 00200001

Das Ziel ist es, die Funktion σ : Rn → R, σ(ξ) > 0 für alle ξ ∊ Rn, abhängig vom Ausgangspunkt ξ, so zu bestimmen, dass die durch die Vorschrift (4) entstehende Markovkette bereits selbst über die Eigenschaft verfügt, ein invariantes Wahrscheinlichkeitsmaß zu besitzen und in Verteilung gegen eine Zufallsvariable zu konvergieren, die gemäß diesem Invarianten Wahrscheinlichkeitsmaßes verteilt ist. Kann so eine Funktion σ gefunden werden, kann eine Schrittweitensteuerung verwendet werden, die man schon a priori festlegt und nicht aus dem Verfahren selbst bestimmt.The goal is to determine the function σ: R n → R, σ (ξ)> 0 for all ξ ε R n , depending on the starting point ξ, so that the Markov chain resulting from the rule (4) already has its own Property has an invariant probability measure and to converge in distribution against a random variable, which is distributed according to this invariant probability measure. If such a function σ can be found, a step size control can be used, which is determined a priori and not determined from the method itself.

Die Erfinder konnten beweisen, dass die Funktion σ hierzu im wesentlichen nur stetig sein muss und an die Zielfunktion f neben der Voraussetzung A die folgende Voraussetzung B gestellt werden muss:The inventors were able to prove that the function σ must be substantially continuous and to the objective function f, in addition to condition A, the following requirement B must be provided:

Voraussetzung B:Condition B:

Es existiert ein r' ∊ R, r' > 0, und eine stetige Funktion σ Rn → R, σ(x) > 0 für alle x ∊ Rn, so dass für alle x ∊ Rn die Matrix Aσ,x : = En + σ(x)∇2f(x) invertierbar ist und für alle x ∊ Rn mit ||x||2> r' gilt

Figure 00210001
There exists a r 'ε R, r'> 0, and a continuous function σ R n → R, σ (x)> 0 for all x ε R n , so that for all x ε R n the matrix A σ, x : = E n + σ (x) ∇ 2 f (x) is invertible and for all x ∈ R n with || x || 2 > r 'applies
Figure 00210001

Insbesondere konnten die Erfinder beweisen, dass durch eine derartige Wahl der Funktion σ das Verfahren stochastisch stabil ist, das heißt dass die Markov-Kette gegen eine Grenzverteilung konvergiert. Ferner haben numerische Simulationen bestätigt, dass durch die erfindungsgemäße Schrittweitensteuerung auch immer das globale Optimum der Funktion f gefunden wird.Especially the inventors could prove that by such a choice of the Function σ that Method is stochastically stable, that is that the Markov chain against a boundary distribution converges. Furthermore, numerical simulations have approved, that by the step size control according to the invention whatever the global optimum of the function f is found.

Darüber hinaus konnten die Erfinder ein geeignetes Abbruchkriterium definieren, bei dem davon ausgegangen werden kann, dass wenigstens einer der mit dem erfindugnsgemäßen Verfahren ermittelten Funktionswerte in der Nähe des globalen Optimums der Funktion lag. Das Abbruchkriterium ist hierbei die Konvergenz der folgenden Größe:

Figure 00210002
wobei ε > 0 und Φ σ / i die Entwicklung der stochastischen Größe im i-ten Berechnungsschritt und k die Anzahl der bereits durchgeführten Berechnungsschritte ist.In addition, the inventors could define a suitable termination criterion in which it can be assumed that at least one of the functional values determined using the method according to the invention was close to the global optimum of the function. The abort criterion here is the convergence of the following size:
Figure 00210002
where ε> 0 and Φ σ / i is the evolution of the stochastic quantity in the ith calculation step and k is the number of calculation steps already performed.

Im Folgenden wird anhand 1 eine konkrete Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.The following is based on 1 a concrete implementation of the method according to the invention described.

Zunächst werden in einem Initialisierungsschritt 101 folgende Werte festgesetzt:
k: = 1
fmax: = f(Φ σ / 0)
fmin: = f(Φ σ / 0)
σ: = σs
Φ σ / 0 : = Xs
First, in an initialization step 101 the following values are set:
k: = 1
f max : = f (Φ σ / 0)
f min : = f (Φ σ / 0)
σ: = σ s
Φ σ / 0: = X s

Hierbei werden beliebige Startpunkte xs ∁ Rn und eine beliebige Startschrittweite σs ∊ R festgelegt. Darüber hinaus wird eine Blockgröße 1 zur Untersuchung der Variation der Funktionswerte und eine minimale akzeptierbare Variationsgröße δ sowie ein Gewichtungsfaktor ε festgelegt. In dem nächsten Schritt 102 werden die Ableitungen

Figure 00220001
bestimmt.In this case, arbitrary starting points x s ∁ R n and an arbitrary starting step size σ s ε R are determined. In addition, a block size 1 for investigating the variation of the function values and a minimum acceptable variable size δ and a weighting factor ε are set. In the next step 102 become the derivatives
Figure 00220001
certainly.

Anschließend wird im Schritt 103 die Größe

Figure 00220002
ermittelt. Ist diese Größe positiv-definit, ist die Voraussetzung B erfüllt und es wird zu Schritt 104 übergegangen. Anderenfalls wird σ halbiert und nachmals zu Schritt 103 zurückgegangen.Subsequently, in step 103 the size
Figure 00220002
determined. If this size is positive-definite, condition B is fulfilled and it becomes step 104 passed. Otherwise σ is halved and then step by step 103 declined.

In Schritt 104 wird dann eine normal verteilte Zufallszahl durch die Berechnung einer Realisierung N* eines N(0, σ En) Gauß-verteilten Zufallsvektors ermittelt. Dies entspricht der Simulation einer Brownschen Bewegung, wie sie in der Gleichung (4) verwendet wird. Anschließend wird in Schritt 105 die Zufallszahl Φ σ / k berechnet, und zwar mittels der Lösung des folgenden linearen Gleichungssystems, welches eine Umformung der Gleichung (4) darstellt:

Figure 00220003
In step 104 Then a normally distributed random number is determined by calculating a realization N * of an N (0, σ E n ) Gaussian distributed random vector. This corresponds to the simulation of a Brownian motion as used in equation (4). Subsequently, in step 105 the random number Φ σ / k is calculated by means of the solution of the following linear system of equations, which represents a transformation of equation (4):
Figure 00220003

Anschließend wird Φ σ / k wie folgt definiert:

Figure 00220004
Subsequently, Φ σ / k is defined as follows:
Figure 00220004

In der Praxis hat sich gezeigt, dass die Laufzeit des Verfahrens verkürzt werden kann, wenn die Schrittweite erhöht wird, sofern der Funktionswert des neu ermittelten Punktes kleiner oder gleich dem Funktionswert des derzeitigen Ausgangspunktes ist. Deshalb wird im nächsten Schritt 106 überprüft, ob

Figure 00220005
ist. Falls ja, wird die Schrittweite verdoppelt (Schritt 107), das heißt σ := 2σ, und es wird überprüft, ob f(Φ σ / k) < fmin ist. Ist dies der Fall, wird fmin auf f(Φ σ / k) gesetzt. Ist hingegen
Figure 00230001
wird die Schrittweite halbiert, das heißt σ := 1/2 σ (Schritt 108). Ferner wird fmax auf f(Φ σ / k) gesetzt, sofern f(Φ σ / k) > fmax ist.In practice it has been shown that the running time of the method can be shortened if the step size is increased, provided that the function value of the newly determined point is less than or equal to the function value of the current starting point. Therefore, in the next step 106 checked if
Figure 00220005
is. If so, the step size is doubled (step 107 ), ie σ: = 2σ, and it is checked whether f (Φ σ / k) <f min . If this is the case, f min is set to f (Φ σ / k). Is on the other hand
Figure 00230001
the step size is halved, that is σ: = 1/2 σ (step 108 ). Further, f max is set to f (Φ σ / k) if f (Φ σ / k)> f max .

Anschließend wird zu Schritt 109 übergegangen, in dem überprüft wird, ob bereits 1 Berechnungsschritte des Verfahrens durchschritten wurden, das heißt ob k=0 mod l ist. Ist dies der Fall, wird überprüft, ob die Differenz zwischen fmax und fmin kleiner bzw, gleich δ ist. Ist dies der Fall, wird σ auf 1/5 σ gesetzt und fmax und fmin auf f(Φ σ / k) gesetzt. Der Schritt 109 wird durchgeführt, da sich in der Praxis gezeigt hat, dass eine Verkleinerung der Schrittweite eine Stagnation des Algorithmus in einem lokalen Minimierer schneller aufheben kann.Then it becomes step 109 in which it is checked whether 1 calculation steps of the method have already been passed, that is, whether k = 0 mod l. If this is the case, it is checked whether the difference between f max and f min is smaller or equal to δ. If this is the case, σ is set to 1/5 σ and f max and f min are set to f (Φ σ / k). The step 109 is performed because it has been shown in practice that decreasing the step size can more quickly override stagnation of the algorithm in a local minimizer.

Schließlich wird in Schritt 110k auf k+1 gesetzt und zu Schritt 102 zurückgegangen.Finally, in step 110k set to k + 1 and go to step 102 declined.

Die soeben beschriebene Implementierung des Verfahrens wird so lange wiederholt, bis ein vorgegebenes Abbruchkriterium erfüllt ist, wobei das Abbruchkriterium insbesondere das Kriterium gemäß Gleichung (5) ist. Nachdem das Verfahren abbricht, wird der Funktionswert fmin einem Verfahren zur lokalen Minimierung unterzogen, wobei hier bekannte Minimierungsverfahren aus dem Stand der Technik eingesetzt werden. Der nach dem Minimierungsverfahren erhaltene Zielfunktionswert ist dann das globale Minimum der Funktion f. Die Implementierung des Verfahrens wurde für verschiedene Zielfunktionen simuliert und es hat sich tatsächlich gezeigt, dass immer das globale Minimum der Zielfunktion gefunden wird.The just described implementation of the method is repeated until a predetermined termination criterion is met, wherein the termination criterion is in particular the criterion according to equation (5). After the method aborts, the function value f min is subjected to a local minimization procedure using known prior art minimization techniques. The objective function value obtained after the minimization procedure is then the global minimum of the function f. The implementation of the method was simulated for different objective functions and it has actually been shown that the global minimum of the objective function is always found.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber dem Verfahren der Druckschrift [1] den Vorteil, dass die Schrittweitensteuerung wesentlich weniger numerischen Aufwand bedeutet, da weniger Berechnungsschritte zum Ermitteln einer neuen Schrittweite durchgeführt werden müssen.The inventive method has opposite the method of document [1] the advantage that the step size control Much less numerical effort means fewer calculation steps to determine a new increment must be performed.

In 2 ist eine Prozessoreinheit PRZE zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Die Prozessoreinheit PRZE umfasst einen Prozessor CPU, einen Speicher MEM und eine Input/Output-Schnittstelle IOS, die über ein Interface IFC auf unterschiedliche Art und Weise genutzt wird: Über eine Grafikschnittstelle wird eine Ausgabe auf einem Monitor MON sichtbar und/oder auf einem Drucker PRT ausgegeben. Eine Eingabe erfolgt über eine Maus MAS oder eine Tastatur TAST. Auch verfügt die Prozessoreinheit PRZE über einen Datenbus BUS, der die Verbindung von einem Speicher MEM, dem Prozessor CPU und der Input/Output-Schnittstelle IOS gewährleistet. Weiterhin sind an den Datenbus BUS zusätzliche Komponenten anschließbar, z.B. zusätzlicher Speicher, Datenspeicher (Festplatte) oder Scanner.In 2 a processor unit PRZE for carrying out the method according to the invention is shown. The processor unit PRZE comprises a processor CPU, a memory MEM and an input / output interface IOS, which is used in different ways via an interface IFC. Via a graphic interface, an output is visible on a monitor MON and / or on a printer PRT issued. An entry is made via a mouse MAS or a keyboard TAST. Also, the processor unit PRZE has a data bus BUS, which ensures the connection of a memory MEM, the processor CPU and the input / output interface IOS. Furthermore, additional components can be connected to the data bus BUS, eg additional memory, data memory (hard disk) or scanner.

Literaturverzeichnis:Bibliography:

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Claims (10)

Verfahren zum Entwurf eines technischen Systems, – bei dem das technische System eine Zielfunktion (f(x)) umfasst, die von wenigstens einem Parameter (x) in einem Variablenraum abhängt; – bei dem Zielfunktionswerte iterativ durch mehrere Berechnungsschritte ermittelt werden, wobei in jedem Berechnungsschritt eine von der Zielfunktion (f(x)) abhängige und auf einer stochastischen Differentialgleichung beruhende Entwicklung einer stochastischen Größe, insbesondere einer Markovkette, berechnet wird; – bei dem die Entwicklung der stochastischen Größe von einer Schrittweite (σ(x)) abhängt, die derart gewählt ist, dass die Entwicklung mit zunehmender Anzahl an Berechnungsschritten gegen eine stationäre stochastische Verteilung konvergiert; – bei dem nach einer Anzahl von durchgeführten Berechnungsschritten ein lokales Optimierungsverfahren zum Ermitteln eines hinsichtlich eines Optimalitätskriteriums optimalen Zielfunktionswertes durchgeführt wird, wobei als Startwert des lokalen Optimierungsverfahrens einer der nach der Anzahl der durchgeführten Berechnungsschritte ermittelten Zielfunktionswerte verwendet wird; – bei dem der mit dem lokalen Optimierungsverfahren ermittelte optimale Zielfunktionswert und die zugehörigen Parameter zum Entwurf des technischen Systems eingesetzt werden.Method of designing a technical system - in which the technical system comprises an objective function (f (x)), which is derived from depends on at least one parameter (x) in a variable space; - in which Objective function values determined iteratively by several calculation steps with one in each calculation step of the objective function (f (x)) dependent and development based on a stochastic differential equation a stochastic size, in particular a Markov chain, is calculated; - in which the development of the stochastic size of one Step size (σ (x)) depends which is chosen that development with increasing number of calculation steps against a stationary one stochastic distribution converges; - in the case of a number carried out by Calculation steps a local optimization method for determining an optimal functional value in terms of an optimality criterion carried out is, where as the starting value of the local optimization method a the number of performed Calculation steps determined target function values is used; - in which the optimal objective function value determined by the local optimization method and the associated ones Parameters are used for the design of the technical system. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Parameter kontinuierliche Parameter sind und die Zielfunktion f(x) eine skalarwertige Funktion f: Rn -> R ist.The method of claim 1, wherein the parameters are continuous parameters and the objective function f (x) is a scalar-valued function f: R n -> R. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Zielfunktion (f(x)) folgende Voraussetzungen erfüllt: Es existiert ein ∊ > 0 derart, dass es ein r > 0 gibt mit
Figure 00270001
für alle x ∊ R \ {x ∊ Rn : ||x||2 ≤ r}, wobei ∇f(x) den Gradienten der Zielfunktion f : Rn → R an der Stelle x bezeichne; und es existiert ein r' ∊ R, r' > 0, und eine stetige Funktion σ : Rn → R, σ(x) > 0 für alle x ∊ Rn, so dass für alle x ∊ Rn die Matrix Aσ,x : = En + σ(x)∇2f(x) invertierbar ist und für alle x ∊ Rn mit ||x||2> r' gilt
Figure 00270002
wobei σ(x) die Schrittweite ist.
Method according to Claim 2, in which the objective function (f (x)) satisfies the following requirements: There exists an ε> 0 such that there is an r> 0 with
Figure 00270001
for all x ∈ R \ {x ∈ R n : || x || 2 ≤ r}, where ∇f (x) denotes the gradient of the objective function f: R n → R at x; and there exists a r 'ε R, r'> 0, and a continuous function σ: R n → R, σ (x)> 0 for all x ε R n , so that for all x ε R n the matrix A σ , x : = E n + σ (x) ∇ 2 f (x) is invertible and for all x ∈ R n with || x || 2 > r 'applies
Figure 00270002
where σ (x) is the step size.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die stochastische Differentialgleichung wie folgt lautet:
Figure 00270003
wobei f(x) die Zielfunktion und σ: Rn -> R eine Schrittweitenfunktion ist, {Φt ε,x0(ω)} ein stochastischer Prozess ist und {Bt : t ≥ 0} eine Brownsche Bewegung ist.
Method according to one of the preceding claims, wherein the stochastic differential equation is as follows:
Figure 00270003
where f (x) is the objective function and σ: R n -> R is a step-size function, {Φ t ε, x 0 (ω)} is a stochastic process and {B t : t ≥ 0} is a Brownian motion.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem die Entwicklung der stochastischen Größe wie folgt lautet:
Figure 00280001
wobei ξ eine in einem vorangegangen Berechnungsschritt ermittelte Realisierung von
Figure 00280002
ist.
The method of claim 4, wherein the evolution of the stochastic size is as follows:
Figure 00280001
where ξ is a realization, determined in a preceding calculation step, of
Figure 00280002
is.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der nach jedem Berechnungsschritt ermittelte Funktionswert (f(x)) mit dem im vorangegangen Berechnungsschritt ermittelten Funktionswert verglichen wird und die Schrittweite (σ(x)) vergrößert wird, wenn der ermittelte Funktionswert kleiner oder gleich dem im vorangegangen Berechnungsschritt ermittelten Funktionswert ist, und ansonsten die Schrittweite (σ(x)) verkleinert wird.Method according to one of the preceding claims, in the function value determined after each calculation step (f (x)) with the function value determined in the preceding calculation step is compared and the step size (σ (x)) is increased when the determined Function value less than or equal to that in the previous calculation step determined function value, and otherwise the step size (σ (x)) reduced becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem nach einer vorbestimmten Anzahl von Berechnungsschritten die Differenz des maximalen und des minimalen Funktionswerts, die in den vorangegangenen Berechnungsschritten berechnet wurden, ermittelt wird und die Schrittweite (σ(x)) verkleinert wird, wenn die Differenz kleiner als ein vorgegebener Wert ist.Method according to one of the preceding claims, wherein after a predetermined number of Calculation steps, the difference of the maximum and the minimum function value, which were calculated in the previous calculation steps, is determined and the step size (σ (x)) is reduced, if the difference is smaller than a predetermined value. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Anzahl der durchgeführten Berechnungsschritte durch folgendes Abbruchkriterium bestimmt ist: Konvergenz des Ausdrucks:
Figure 00280003
wobei ε > 0 und Φ σ / i die Entwicklung der stochastischen Größe im i-ten Berechnungsschritt ist und k die Anzahl der bereits durchgeführten Berechnungsschritte ist.
Method according to one of the preceding claims, in which the number of calculation steps carried out is determined by the following termination criterion: Convergence of the expression:
Figure 00280003
where ε> 0 and Φ σ / i is the evolution of the stochastic quantity in the ith calculation step and k is the number of calculation steps already performed.
Anordnung zum Entwurf eines technischen Systems mit einer Prozessoreinheit, die derart eingerichtet ist, dass ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchführbar ist.Arrangement for the design of a technical system with a processor unit configured such that a method according to one of the preceding claims is feasible. Computerprogrammerzeugnis, welches ein Speichermedium aufweist, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, mit dem ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einem Rechner abläuft.Computer program product, which is a storage medium on which a computer program is stored with A method according to any one of claims 1 to 8 is carried out, when the computer program runs on a computer.
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