Continuous-time distributed optimization and tradeoffs of optimality and heterogeneity

连续时间分布式优化以及最优性和异质性的权衡

基本信息

  • 批准号:
    RGPIN-2014-05387
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 2.19万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2014-01-01 至 2015-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This research program will further contribute to the understanding of the underpinnings of collective behavior and information aggregation in (sub)systems interconnected over large-scale networks by developing mathematical tools for analyzing their stability properties and influencing their behaviors by feedbacks. These phenomena are widespread in a variety of disciplines including engineering systems (e.g., oscillator synchronization, distributed robotic networks, and distributed sensing and control in electrical energy systems), biological systems, and social learning and economics. The diverse nature of interconnections in these systems usually makes it difficult to classify them in any useful manner. One approach is to prescribe the behavior of each individual by using a payoff function which is dependent on the actions taken by neighboring subsystems. Each subsystem then aims to maximize its payoff function. In most engineering scenarios, there is a designer whose objective is to assign appropriate such functions to ensure certain global performances, while still allowing for execution in a decentralized manner. In the first part of the research program, we focus on the so-called distributed optimization problem, where a group of agents aim to maximize a sum of (concave) functions, while each agent has only access to one of these functions. We propose a catalog of provably convergent continuous-time saddle point algorithms for distributed optimization. The novelty of the approach is in its applicability to scenarios where the information flow is unidirectional. Various properties of these algorithms, including robustness and finite-time convergence, will be the subjects of study. Current applications under study include source localization, robust estimation, market design and energy dispatch in power distribution networks, influence-cascade dynamics in competitive economic networks, optimization on manifolds, and online distributed optimization. In the second part, we turn our attention to the issue of scalability of the existing distributed optimization protocols. In particular, most of the existing algorithms rely on estimating the optimal solution using communications between agents. When the optimization variable is the state of a network, such algorithms do not scale well with the size of the network. In order to address this issue, building on the intriguing interplay between the theory of learning in games and systems and control, this research program will propose a catalog of dynamical systems which will capture various instances of strategic interactions over networks. Interestingly, the proposed suite of dynamical systems, inspired by myopic continuous-time set-valued best-response dynamical systems, can be cast as fast converging distributed algorithms which approximate interesting optimization problems. The novel notion of the price of heterogeneity captures the quality of these approximations. The research program is multidisciplinary by its nature and the technical approach combines ideas from optimization, game theory, networks and communications, nonsmooth analysis, stochastic analysis, and control theoretic tools. The broader impacts of the research program on problems in economy, social networks, and biology, along with the algorithmic aspects of this research project will provide a variety of applications with considerable scientific significance, and will be of great interest to various governmental labs, including Environment Canada and National Defence. In addition to promising M.Sc. and Ph.D. theses, the educational component of the project consists of establishing a new research group on Networked Control Systems at Queen's and the design of new undergraduate and graduate courses.
该研究计划将通过开发数学工具来分析其稳定性并通过反馈影响其行为,从而进一步有助于理解通过大规模网络互连的(子)系统中集体行为和信息聚合的基础。这些现象在包括工程系统(例如,振荡器同步、分布式机器人网络以及电能系统中的分布式感测和控制)、生物系统以及社会学习和经济学。这些系统中相互连接的多样性通常使得很难以任何有用的方式对其进行分类。一种方法是通过使用依赖于相邻子系统所采取的行动的支付函数来规定每个个体的行为。每个子系统的目标是最大化其支付函数。在大多数工程场景中,设计者的目标是分配适当的功能以确保某些全局性能,同时仍然允许以分散的方式执行。在研究计划的第一部分中,我们专注于所谓的分布式优化问题,其中一组代理的目标是最大化(凹)函数的总和,而每个代理只能访问其中一个功能。我们提出了一个目录的可证明收敛的连续时间鞍点算法的分布式优化。该方法的新奇之处在于它适用于信息流是单向的情况。这些算法的各种属性,包括鲁棒性和有限时间收敛性,将是研究的主题。目前正在研究的应用包括源定位,鲁棒估计,市场设计和配电网络中的能量调度,竞争性经济网络中的影响级联动态,流形上的优化和在线分布式优化。在第二部分中,我们把我们的注意力转移到现有的分布式优化协议的可扩展性问题。特别是,大多数现有的算法依赖于使用代理之间的通信来估计最优解。当优化变量是网络的状态时,这样的算法不能很好地随网络的大小扩展。为了解决这个问题,建立在游戏和系统和控制中的学习理论之间有趣的相互作用,这个研究计划将提出一个动态系统的目录,它将捕获网络上的各种策略交互的实例。有趣的是,所提出的动力系统套件,灵感来自近视连续时间集值最佳响应动力系统,可以铸造作为快速收敛的分布式算法,近似有趣的优化问题。异质性代价的新概念抓住了这些近似的质量。该研究计划的性质是多学科的,技术方法结合了优化,博弈论,网络和通信,非光滑分析,随机分析和控制理论工具的思想。该研究计划对经济,社交网络和生物学问题的更广泛影响,沿着该研究项目的算法方面,将提供具有相当科学意义的各种应用,并将引起各政府实验室的极大兴趣,包括加拿大环境部和国防部。除了有前途的硕士和博士学位。该项目的教育部分包括在皇后学院建立一个新的网络控制系统研究小组,并设计新的本科生和研究生课程。

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 }}

Gharesifard, Bahman其他文献

Structural Averaged Controllability of Linear Ensemble Systems
线性系综系统的结构平均可控性
  • DOI:
    10.1109/lcsys.2021.3082762
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Gharesifard, Bahman;Chen, Xudong
  • 通讯作者:
    Chen, Xudong
Sharp Performance Bounds for PASTA
PASTA 的急剧性能限制
  • DOI:
    10.1109/lcsys.2023.3285514
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Marchi, Matteo;Bunton, Jonathan;Gas, Yskandar;Gharesifard, Bahman;Tabuada, Paulo
  • 通讯作者:
    Tabuada, Paulo
A Polya Contagion Model for Networks
Stability of epidemic models over directed graphs: A positive systems approach
  • DOI:
    10.1016/j.automatica.2016.07.037
  • 发表时间:
    2016-12-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Khanafer, Ali;Basar, Tamer;Gharesifard, Bahman
  • 通讯作者:
    Gharesifard, Bahman
Neural ODE Control for Trajectory Approximation of Continuity Equation
连续性方程轨迹逼近的神经常微分方程控制
  • DOI:
    10.1109/lcsys.2022.3182284
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3
  • 作者:
    Elamvazhuthi, Karthik;Gharesifard, Bahman;Bertozzi, Andrea L.;Osher, Stanley
  • 通讯作者:
    Osher, Stanley

Gharesifard, Bahman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('Gharesifard, Bahman', 18)}}的其他基金

Robust Decentralized Control of Large-Scale Networked Systems: Fundamental Limits and Data-Driven Feedbacks
大规模网络系统的鲁棒分散控制:基本限制和数据驱动的反馈
  • 批准号:
    RGPIN-2019-04159
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 2.19万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Robust Decentralized Control of Large-Scale Networked Systems: Fundamental Limits and Data-Driven Feedbacks
大规模网络系统的鲁棒分散控制:基本限制和数据驱动的反馈
  • 批准号:
    RGPIN-2019-04159
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 2.19万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Robust Decentralized Control of Large-Scale Networked Systems: Fundamental Limits and Data-Driven Feedbacks
大规模网络系统的鲁棒分散控制:基本限制和数据驱动的反馈
  • 批准号:
    RGPIN-2019-04159
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 2.19万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Robust Decentralized Control of Large-Scale Networked Systems: Fundamental Limits and Data-Driven Feedbacks
大规模网络系统的鲁棒分散控制:基本限制和数据驱动的反馈
  • 批准号:
    RGPAS-2019-00109
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 2.19万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Accelerator Supplements
Robust Decentralized Control of Large-Scale Networked Systems: Fundamental Limits and Data-Driven Feedbacks
大规模网络系统的鲁棒分散控制:基本限制和数据驱动的反馈
  • 批准号:
    RGPIN-2019-04159
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 2.19万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Robust Decentralized Control of Large-Scale Networked Systems: Fundamental Limits and Data-Driven Feedbacks
大规模网络系统的鲁棒分散控制:基本限制和数据驱动的反馈
  • 批准号:
    RGPAS-2019-00109
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 2.19万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Accelerator Supplements
Continuous-time distributed optimization and tradeoffs of optimality and heterogeneity
连续时间分布式优化以及最优性和异质性的权衡
  • 批准号:
    RGPIN-2014-05387
  • 财政年份:
    2018
  • 资助金额:
    $ 2.19万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Continuous-time distributed optimization and tradeoffs of optimality and heterogeneity
连续时间分布式优化以及最优性和异质性的权衡
  • 批准号:
    RGPIN-2014-05387
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 2.19万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Continuous-time distributed optimization and tradeoffs of optimality and heterogeneity
连续时间分布式优化以及最优性和异质性的权衡
  • 批准号:
    RGPIN-2014-05387
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 2.19万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
Continuous-time distributed optimization and tradeoffs of optimality and heterogeneity
连续时间分布式优化以及最优性和异质性的权衡
  • 批准号:
    RGPIN-2014-05387
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 2.19万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual

相似国自然基金

SERS探针诱导TAM重编程调控头颈鳞癌TIME的研究
  • 批准号:
    82360504
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    32 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
华蟾素调节PCSK9介导的胆固醇代谢重塑TIME增效aPD-L1治疗肝癌的作用机制研究
  • 批准号:
    82305023
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    30 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
基于MRI的机器学习模型预测直肠癌TIME中胶原蛋白水平及其对免疫T细胞调控作用的研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    52 万元
  • 项目类别:
    面上项目
结直肠癌TIME多模态分子影像分析结合深度学习实现疗效评估和预后预测
  • 批准号:
    62171167
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    57 万元
  • 项目类别:
    面上项目
Time-lapse培养对人类胚胎植入前印记基因DNA甲基化的影响研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
萱草花开放时间(Flower Opening Time)的生物钟调控机制研究
  • 批准号:
    31971706
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    59.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
Time-of-Flight深度相机多径干扰问题的研究
  • 批准号:
    61901435
  • 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
高频数据波动率统计推断、预测与应用
  • 批准号:
    71971118
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    50.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于线性及非线性模型的高维金融时间序列建模:理论及应用
  • 批准号:
    71771224
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    49.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
Finite-time Lyapunov 函数和耦合系统的稳定性分析
  • 批准号:
    11701533
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似海外基金

CAREER: Foundations of Scalable and Resilient Distributed Real-Time Decision Making in Open Multi-Agent Systems
职业:开放多代理系统中可扩展和弹性分布式实时决策的基础
  • 批准号:
    2339509
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 2.19万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Improved optimization of covalent ligands using a novel implementation of quantum mechanics suitable for large ligand/protein systems.
使用适用于大型配体/蛋白质系统的量子力学的新颖实现改进了共价配体的优化。
  • 批准号:
    10601968
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 2.19万
  • 项目类别:
Towards Real-Time Fine-Grained Tracking in Distributed Large-Scale RF Tag Systems
实现分布式大规模射频标签系统中的实时细粒度跟踪
  • 批准号:
    2225337
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 2.19万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Global studies into the Genetic Architecture of the Brain's White Matter Network through Harmonized and Coordinated Analyses in the ENIGMA-Consortium
通过 ENIGMA 联盟的统一和协调分析对大脑白质网络的遗传结构进行全球研究
  • 批准号:
    10720443
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 2.19万
  • 项目类别:
A visualization interface for BRAIN single cell data, integrating transcriptomics, epigenomics and spatial assays
BRAIN 单细胞数据的可视化界面,集成转录组学、表观基因组学和空间分析
  • 批准号:
    10643313
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 2.19万
  • 项目类别:
Enhancing personalized insights into common obstetric disorders using longitudinal deep-phenotyping data
使用纵向深度表型数据增强对常见产科疾病的个性化见解
  • 批准号:
    10723841
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 2.19万
  • 项目类别:
Distributed Machine Learning Methodology and System for Real-time Inference with Large-scale Point Clouds Towards Mobility Innovation
利用大规模点云进行实时推理的分布式机器学习方法和系统,迈向移动创新
  • 批准号:
    23H00464
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 2.19万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Nanoparticle Distributed Intravenous Enzyme Replacement Therapy (NanoDIVERT)
纳米颗粒分布式静脉酶替代疗法(NanoDIVERT)
  • 批准号:
    10723846
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 2.19万
  • 项目类别:
Value of Sleep Metrics in Predicting Opioid-Use Disorder Treatment Outcomes: Leadership and Data Coordinating Center
睡眠指标在预测阿片类药物使用障碍治疗结果中的价值:领导力和数据协调中心
  • 批准号:
    10783610
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 2.19万
  • 项目类别:
Therapeutic UV Disinfection System to Prevent Catheter Related Bloodstream Infections (CRBSIs) in Patients with Peripherally Inserted Central Catheters (PICCs)
用于预防外周插入中心静脉导管 (PICC) 患者发生导管相关血流感染 (CRBSI) 的治疗性紫外线消毒系统
  • 批准号:
    10604014
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 2.19万
  • 项目类别:
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了