On ill-posed problems, extremals of the Tikhonov functional and the regularized Lagrange principles
- Authors: Sumin M.I.1,2
-
Affiliations:
- Derzhavin Tambov State University
- Nizhnii Novgorod State University
- Issue: Vol 27, No 137 (2022)
- Pages: 58-79
- Section: Articles
- URL: https://ogarev-online.ru/2686-9667/article/view/295004
- DOI: https://doi.org/10.20310/2686-9667-2022-27-137-58-79
- ID: 295004
Cite item
Full Text
Abstract
The problem of finding a normal solution to an operator equation of the first kind on a pair of Hilbert spaces is classical in the theory of ill-posed problems. In accordance with the theory of regularization, its solutions are approximated by the extremals of the Tikhonov functional. From the point of view of the theory of problems for constrained extremum, the problem of minimizing a functional, equal to the square of the norm of an element, with an operator equality constraint (that is, given by an operator with an infinite-dimensional image) is equivalent to the classical ill-posed problem. The paper discusses the possibility of regularizing the Lagrange principle (LP) in the specified constrained extremum problem. This regularization is a transformation of the LP that turns it into a universal tool of stable solving illposed problems in terms of generalized minimizing sequences (GMS) and preserves its “general structural arrangement” based on the constructions of the classical Lagrange function. The transformed LP “contains” the classical analogue as its limiting variant when the numbers of the GMS elements tend to infinity. Both non-iterative and iterative variants of the regularization of the LP are discussed. Each of them leads to stable generation of the GMS in the original constrained extremum problem from the extremals of the regular Lagrange functional taken at the values of the dual variable generated by the corresponding procedure for the regularization of the dual problem. In conclusion, the article discusses the relationship between the extremals of the Tikhonov and Lagrange functionals in the considered classical ill-posed problem.
Keywords
About the authors
Mikhail I. Sumin
Derzhavin Tambov State University; Nizhnii Novgorod State University
Email: m.sumin@mail.ru
Doctor of Physics and Mathematics, Chief Researcher; Professor 33 Internatsionalnaya St., Tambov 392000, Russian Federation; 23 Gagarin Ave., Nizhnii Novgorod 603950, Russian Federation
References
- А.Н. Тихонов, “О решении некорректно поставленных задач и методе регуляризации”, Доклады АН СССР, 151:3 (1963), 501-504.
- А.Н. Тихонов, В.Я. Арсенин, Методы решения некорректных задач, Наука, М., 1974.
- А.Н. Тихонов, А.В. Гончарский, В.В. Степанов, А.Г. Ягола, Регуляризирующие алгоритмы и априорная информация, Наука, М., 1983.
- А.Б. Бакушинский, А.В. Гончарский, Некорректные задачи. Численные методы и приложения, Изд-во Моск. ун-та, М., 1989.
- Е.Г. Гольштейн, Теория двойственности в математическом программировании и ее приложения, Наука, М., 1971. .
- J. Warga, Optimal Control of Differential and Functional Equations, Academic Press, New York, 1972.
- Ф.П. Васильев, Методы оптимизации: в 2-х кн., МЦНМО, М., 2011.
- М.И. Сумин, “Регуляризованная параметрическая теорема Куна-Таккера в гильбертовом пространстве”, Журн. вычисл. матем. и матем. физ., 51:9 (2011), 1594-1615.
- М.И. Сумин, “Регуляризованные принцип Лагранжа и принцип максимума Понтрягина в оптимальном управлении и обратных задачах”, Тр. ИММ УрО РАН, 25, 2019, 279-296.
- В.М. Алексеев, В.М. Тихомиров, С.В. Фомин, Оптимальное управление, Наука, М., 1979.
- Е.Р. Аваков, Г.Г. Магарил-Ильяев, В.М. Тихомиров, “О принципе Лагранжа в задачах на экстремум при наличии ограничений”, Успехи матем. наук, 68:3(411) (2013), 5-38.
- М.И. Сумин, “Недифференциальные теоремы Куна-Таккера в задачах на условный экстремум и субдифференциалы негладкого анализа”, Вестник российских университетов. Математика, 25:131 (2020), 307-330.
- В.А. Треногин, Функциональный анализ, Наука, М., 1980.
- J.-P. Aubin, L’analyse Non Lineaire Et Ses Motivations Economiques, Masson, Paris-New York, 1984.
- P.D. Loewen, Optimal Control via Nonsmooth Analysis. V. 2, CRM Proceedings & Lecture Notes, Amer. Math. Soc., Providence, RI, 1993.
- М.И. Сумин, “О регуляризации классических условий оптимальности в выпуклых задачах оптимального управления”, Тр. ИММ УрО РАН, 26, 2020, 252-269.
- М.И. Сумин, “Регуляризация в линейно-выпуклой задаче математического программирования на основе теории двойственности”, Журн. вычисл. матем. и матем. физ., 47:4 (2007), 602-625.
- М.И. Сумин, “Регуляризованный градиентный двойственный метод решения обратной задачи финального наблюдения для параболического уравнения”, Журн. вычисл. матем. и матем. физ., 44:11 (2004), 2001-2019.
Supplementary files

