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Convexity and strict convexity for compositional neural networks in high-dimensional optimal control

Titelangaben

Grüne, Lars ; Kleinberg, Konrad ; Kruse, Thomas ; Sperl, Mario:
Convexity and strict convexity for compositional neural networks in high-dimensional optimal control.
Bayreuth , 2025 . - 21 S.
DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.2511.05339

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Angaben zu Projekten

Projekttitel:
Offizieller Projekttitel
Projekt-ID
Nichtlineare optimale Feedback-Regelung mit tiefen neuronalen Netzen ohne den Fluch der Dimension: Räumlich abnehmende Sensitivität und nichtglatte Probleme
463912816

Projektfinanzierung: Deutsche Forschungsgemeinschaft

Abstract

Neural networks (NNs) have emerged as powerful tools for solving high-dimensional optimal control problems. In particular, their compositional structure has been shown to enable efficient approximation of high-dimensional functions, helping to mitigate the curse of dimensionality in optimal control problems. In this work, we build upon the theoretical framework developed by Kang & Gong (SIAM J. Control Optim. 60(2):786-813, 2022), particularly their results on NN approximations for compositional functions in optimal control. Theorem 6.2 in Kang & Gong (SIAM J. Control Optim. 60(2):786-813, 2022) establishes that, under suitable assumptions on the compositional structure and its associated features, optimal control problems with strictly convex cost functionals admit a curse-of-dimensionality-free approximation of the optimal control by NNs. We extend this result in two directions. First, we analyze the strict convexity requirement on the cost functional and demonstrate that reformulating a discrete-time optimal control problem with linear transitions and stage costs as a terminal cost problem ensures the necessary strict convexity. Second, we establish a generalization of Theorem 6.2 in Kang & Gong (SIAM J. Control Optim. 60(2):786-813, 2022) which provides weak error bounds for optimal control approximations by NNs when the cost functional is only convex rather than strictly convex.

Weitere Angaben

Publikationsform: Preprint, Postprint
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: 17 Nov 2025 10:42
Letzte Änderung: 17 Nov 2025 10:42
URI: https://eref.uni-bayreuth.de/id/eprint/95240