Collaborative Research: Multigrid Methods for PDE Constrained Optimization

协作研究:偏微分方程约束优化的多重网格方法

基本信息

  • 批准号:
    0511624
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2005
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2005-09-01 至 2009-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The aim of this proposal is to develop, analyze and implement a class of optimization algorithms that integrate multilevel iterative solvers and so-called `all-at-once' optimization methods. Multilevel techniques provide efficient partial differential equation (PDE) solvers with regard to algorithmic complexity. Optimization methods based on the all-at-once approach, such as sequential quadratic programming (SQP) methods and primal-dual Newton interior-point methods, incorporate the PDEs as constraints into the optimization routine and hold the promise to save a considerable amount of computational work compared to methods that view the PDE solution as an implicit function of the control/design variables. This research integrates multilevel techniques and optimization algorithms to extract an adequate amount of structural information from the originally infinite dimensional optimization problem which can not be achieved when only relying on a single grid. In addition to general PDE constrained optimization algorithm development, this proposal will also contribute to the development of solution methods for two challenging real-life applications: the shape optimization of electrorheological devices and the identification of different phases in atmospheric aerosol modeling. Both applications are governed by complex systems of PDEs with nonlinearities due to, e.g., the constitutive equations or the intricate coupling conditions for the PDEs. Moreover, both optimization problems involve additional equality and inequality constraints due to design specifications or problem chemistry.This research provides new algorithmic tools for optimization problems with constraints given by systems of partial differential equations (PDEs). The solution of such problems is an important task in an increasing number real-life applications such as the shape optimization of technological devices and the identification of physical quantities in atmospheric and geophysical processes. Despite recent progress, the reliable numerical solution of these optimization problems still represents a challenging task. Challenges arise, e.g., from the complexity of the underlying PDEs, from the large scale of the optimization problems and from the interactions of the structure of the underlying application, the numerical solution of PDEs and the numerical optimization. In addition to general algorithm development, this research also tackles two important and challenging real-life PDE constrained optimization applications: the shape optimization of electrorheological devices, such as shock absorbers, and the identification of different phases in atmospheric aerosol modeling, a crucial component in environmental research.
该提案的目的是开发、分析和实现一类集成多级迭代求解器和所谓的“一次性”优化方法的优化算法。多层技术在算法复杂性方面提供了高效的偏微分方程 (PDE) 求解器。基于一次性方法的优化方法,例如顺序二次规划 (SQP) 方法和原对偶牛顿内点方法,将偏微分方程作为约束纳入优化例程中,有望节省大量的时间。与将 PDE 解视为控制/设计变量的隐式函数的方法相比,计算工作量更大。该研究集成了多层次技术和优化算法,从原本无限维的优化问题中提取足够多的结构信息,而这是仅依靠单个网格无法实现的。除了一般偏微分方程约束优化算法的开发之外,该提案还将有助于开发两个具有挑战性的现实应用的解决方法:电流变装置的形状优化和大气气溶胶建模中不同相的识别。这两种应用都受复杂的偏微分方程系统的控制,该系统具有非线性,例如由于偏微分方程的本构方程或复杂的耦合条件。此外,由于设计规范或问题化学,这两个优化问题都涉及额外的等式和不等式约束。这项研究为具有偏微分方程组(PDE)给出的约束的优化问题提供了新的算法工具。解决此类问题是越来越多的实际应用中的一项重要任务,例如技术设备的形状优化以及大气和地球物理过程中物理量的识别。尽管最近取得了进展,但这些优化问题的可靠数值解仍然是一项具有挑战性的任务。 挑战的出现,例如来自底层偏微分方程的复杂性、大规模优化问题以及底层应用程序结构、偏微分方程数值解和数值优化之间的相互作用。除了一般算法开发之外,这项研究还解决了两个重要且具有挑战性的现实生活中偏微分方程约束优化应用:电流变装置(例如减震器)的形状优化,以及大气气溶胶建模中不同相的识别,这是大气气溶胶建模中的关键组成部分。环境研究。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Matthias Heinkenschloss其他文献

Sensitivity Technologies for Large Scale Simulation
大规模仿真的灵敏度技术
  • DOI:
    10.2172/921606
  • 发表时间:
    2005
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    S. Collis;R. Bartlett;Thomas Michael Smith;Matthias Heinkenschloss;Lucas C. Wilcox;Judith C. Hill;Omar Ghattas;Martin Olof Berggren;V. Akçelik;C. Ober;B. van Bloemen Waanders;E. Keiter
  • 通讯作者:
    E. Keiter
g Institut für Mathematik
g 数学研究所
  • DOI:
  • 发表时间:
    2009
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Harbir Antil;Matthias Heinkenschloss;Ronald H. W. Hoppe;Danny C. Sorensen
  • 通讯作者:
    Danny C. Sorensen
Interpolatory model reduction of quadratic-bilinear dynamical systems with quadratic-bilinear outputs
具有二次双线性输出的二次双线性动力系统的插值模型简化
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Alejandro N. Diaz;Matthias Heinkenschloss;I. V. Gosea;A. Antoulas
  • 通讯作者:
    A. Antoulas

Matthias Heinkenschloss的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Matthias Heinkenschloss', 18)}}的其他基金

Novel Multiple-Shooting Algorithms for Optimization Governed by Time-Dependent Partial Differential Equations
时相关偏微分方程控制的新型多重射击优化算法
  • 批准号:
    1819144
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Numerical Solution of Constrained Optimization Problems Governed by Partial Differential Equations with Uncertain Parameters
参数不确定的偏微分方程约束优化问题的数值求解
  • 批准号:
    1522798
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Collaborative Research: Reduced Order Model Approaches for Time Dependent Nonlinear PDE Constrained Optimization
协作研究:用于瞬态非线性 PDE 约束优化的降阶模型方法
  • 批准号:
    1115345
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Efficient Solution of Advection Dominated PDE Constrained Optimization Problems
平流主导偏微分方程约束优化问题的高效求解
  • 批准号:
    0915238
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
ITR/AP COLLABORATIVE RESEARCH: Real Time Optimization for Data Assimilation and Control of Large Scale Dynamic Simulations
ITR/AP 合作研究:大规模动态模拟数据同化和控制的实时优化
  • 批准号:
    0121360
  • 财政年份:
    2001
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Optimization of Parabolic Systems: Iterative Methods, Suboptimal Controls, and Preconditioning
抛物线系统的优化:迭代方法、次优控制和预处理
  • 批准号:
    0075731
  • 财政年份:
    2000
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Mathematical Sciences Scientific Computing Research Environments
数学科学科学计算研究环境
  • 批准号:
    9872009
  • 财政年份:
    1998
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Mathematical Sciences: Optimization Methods for Optimal Control and Parameter Identification Problems
数学科学:最优控制和参数辨识问题的优化方法
  • 批准号:
    9403699
  • 财政年份:
    1994
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

非光滑PDE约束优化问题的高效多重网格型数值算法研究
  • 批准号:
    12301477
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
多重网格参数化面波直接成像方法研究及其在郯庐断裂带巢湖段的应用
  • 批准号:
    42004031
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
多孔介质中非线性Stokes/Darcy-Forchheimer耦合模型的快速算法研究
  • 批准号:
    11901497
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于多重网格NLS-4DVar陆气耦合数据同化研究
  • 批准号:
    41975140
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    63 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于几何多重网格和无矩阵方法的三维大地电磁法自适应有限元正演研究
  • 批准号:
    41904078
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

Collaborative Research: Algebraic Multigrid Methods: Multilevel Theory and Practice
合作研究:代数多重网格方法:多层次理论与实践
  • 批准号:
    0810982
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Algebraic Multigrid Methods: Multilevel Theory and Practice
合作研究:代数多重网格方法:多层次理论与实践
  • 批准号:
    0811022
  • 财政年份:
    2008
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Multigrid QCD at the Petascale
合作研究:千万亿级多重网格 QCD
  • 批准号:
    0749300
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Multigrid QCD at the Petascale
合作研究:千万亿级多重网格 QCD
  • 批准号:
    0749202
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
Collaborative Research: Multigrid QCD at the Petascale
合作研究:千万亿级多重网格 QCD
  • 批准号:
    0749317
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    --
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了