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Dados do Trabalhos de Conclusão

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
ESTATÍSTICA (31001017005P0)
Pertubações Singulares em Problemas de Controle Ótimo Estocásticos Multi-Escala com Restrição de Domínio na Variável Lenta
ANDERSON DE OLIVEIRA CALIXTO
TESE
26/06/2024

Nesta tese estudamos, por meio de métodos analíticos, o processo de Homogeneização Periódica em problemas de Controle Ótimo Estocástico Multiescala em que a variável da escala lenta tem como espaço de estados um domínio compacto, convexo e com fronteira de classe ��2 e a variável da escala rápida tem como espaço de estados o toro ������ . Esse é um problema de Perturbações Singulares o qual por intermédio da técnica de homogeneização periódica permite obter um novo problema de controle ótimo estocástico chamado efetivo apenas na variável lenta (também com espaço de estados em um domínio compacto, convexo e com fronteira de classe ��2), reduzindo assim a dimensão e a complexidade do problema. Para isso, primeiro utilizamos a solução do Problema de Skorokhod para confinar a variável da parte lenta do sistema de Equações Diferenciais Estocásticas (EDE) do problema ao domínio de interesse. Depois, estendemos o Princípio da Programação Dinâmica (PPD) para levar em consideração o custo que incorremos para manter o processo da variável lenta no interior desse domínio. Chamamos esse custo de custo preventivo de bordo. A partir do princípio da programação dinâmica, deduzimos heuristicamente a equação de Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) multiescala com condição de bordo de Von Neumann na variável lenta. Provamos, então, que a função valor ótimo multiescala associada ao problema em questão é contínua e é uma solução viscosa da equação de HJB multiescala. Como a função hamiltoniana que define a equação de HJB multiescala satisfaz certas condições estruturais, mostramos, por argumentos clássicos da teoria das soluções viscosas, que a função valor ótimo multiescala é a única solução viscosa. Depois, por intermédio da técnica de homogeneização periódica desenvolvida por Bardi e Alvarez nos artigos [ AB01] e [AB03 ] provamos que a família de funções valor ótimo multiescala converge uniformemente em compactos para a função valor ótimo efetiva. Por fim, construímos um exemplo em que o framework desenvolvido acima pode ser aplicado e provamos que uma sequência de controles markovianos associados ao problema multiescala convergem fracamente em ��2 para um controle markoviano do problema efetivo.

Perturbações Singulares;Controle Ótimo Estocástico Multiescala;Homogeneização Periódica;Condição de Bordo de Von Neumann;Soluções Viscosas
In this thesis we study, by means of analytical methods, the process of Periodic Homogenization in Multiscale Stochastic Optimal Control problems in which the slow variable is confined in a compact, convex domain with a boundary of class ��2 and the fast variable takes values on the torus ������ . This is a Singular Perturbations problem which, using the periodic homogenization technique, allows us to obtain a new stochastic optimal control problem called effective only for the slow variable (also confined in a compact, convex domain with a boundary of class ��2), thus reducing the size and complexity of the problem. To do this, we first use the solution of the Skorokhod Problem to confine the variable of the slow part of the system of Stochastic Differential Equations (SDE) to the domain of interest. Next, we extend the Principle of Dynamic Programming (PPD) to take into account the cost we incur to keep the process of the slow variable within this domain. We call this cost boundary preventive cost. Using the principle of dynamic programming, we heuristically deduce the multiscale Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) equation with a Von Neumann boundary condition in the slow variable. We then prove that the multiscale optimal value function associated with the problem in question is continuous and is a viscosity solution of the multiscale HJB equation. Since the Hamiltonian function that defines the multiscale HJB equation satisfies certain structural conditions, we show, using classical arguments from the theory of viscosity solutions, that the multiscale optimal value function is the unique viscosity solution. Then, using the periodic homogenization technique developed by Bardi and Alvarez in the articles [AB01] and [ AB03], we prove that the family of multiscale optimal value functions converges uniformly in compacts sets to the effective optimal value function. Finally, we construct an example in which the framework developed above can be applied and prove that a sequence of markovian controls associated with the multiscale problem converge weakly in ��2 to an effective markovian control of the effective problem.
Singular Perturbations;Multiscale Stochastic Optimal Control;Periodic Homogenization;Von Neumann boundary Condition;Viscosity Solutions
1
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PORTUGUES
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
O trabalho possui divulgação autorizada
Tese-Definitiva_Anderson_Oliveira_Calixto.pdf

Contexto

PROBABILIDADE
TEOREMAS LIMITE PARA PROCESSOS ESTOCÁSTICOS
Modelos de reação-difusão e equações diferenciais parciais estocásticas: limites em escala e metaestabilidade

Banca Examinadora

GLAUCO VALLE DA SILVA COELHO
DOCENTE - PERMANENTE
Sim
Nome Categoria
BERNARDO FREITAS PAULO DA COSTA Participante Externo
LEANDRO PINTO RODRIGUES PIMENTEL Docente - PERMANENTE
GLAUCO VALLE DA SILVA COELHO Docente - PERMANENTE
WLADIMIR AUGUSTO DAS NEVES Participante Externo
YURI FAHHAM SAPORITO Participante Externo
PEDRO JOSE CATUOGNO Participante Externo

Vínculo

Servidor Público
Instituição de Ensino e Pesquisa
Ensino e Pesquisa
Sim
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