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Separable approximations of optimal value functions and their representation by neural networks

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Sperl, Mario ; Saluzzi, Luca ; Kalise, Dante ; Grüne, Lars:
Separable approximations of optimal value functions and their representation by neural networks.
Bayreuth , 2025 . - 20 S.
DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2502.08559

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Projekttitel:
Offizieller Projekttitel
Projekt-ID
Curse-of-dimensionality-free nonlinear optimal feedback control with deep neural networks. A compositionality-based approach via Hamilton-Jacobi-Bellman PDEs
463912816

Projektfinanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Abstract

The use of separable approximations is proposed to mitigate the curse of dimensionality related to the approximation of high-dimensional value functions in optimal control. The separable approximation exploits intrinsic decaying sensitivity properties of the system, where the influence of a state variable on another diminishes as their spatial, temporal, or graph-based distance grows. This property allows the efficient representation of global functions as a sum of localized contributions. A theoretical framework for constructing separable approximations in the context of optimal control is proposed by leveraging decaying sensitivity in both discrete and continuous time. Results extend prior work on decay properties of solutions to Lyapunov and Riccati equations, offering new insights into polynomial and exponential decay regimes. Connections to neural networks are explored, demonstrating how separable structures enable scalable representations of high-dimensional value functions while preserving computational efficiency.

Weitere Angaben

Publikationsform: Preprint, Postprint
Keywords: Separable approximations; Decaying sensitivity; Neural Networks; Optimal control
Fachklassifikationen: MSC codes: 49L20, 68T07, 93C41
Institutionen der Universität: Fakultäten
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Mathematisches Institut
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Mathematisches Institut > Lehrstuhl Mathematik V (Angewandte Mathematik)
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Mathematisches Institut > Lehrstuhl Mathematik V (Angewandte Mathematik) > Lehrstuhl Mathematik V (Angewandte Mathematik) - Univ.-Prof. Dr. Lars Grüne
Fakultäten > Fakultät für Mathematik, Physik und Informatik > Mathematisches Institut > Lehrstuhl Angewandte Mathematik
Profilfelder
Profilfelder > Advanced Fields
Profilfelder > Advanced Fields > Nichtlineare Dynamik
Titel an der UBT entstanden: Ja
Themengebiete aus DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 510 Mathematik
Eingestellt am: 14 Feb 2025 10:13
Letzte Änderung: 14 Feb 2025 10:13
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/92358