Jatkuvan ajan dynaaminen optimointi

Samankaltaiset tiedostot
Johdannaisanalyysi. Contingent Claims Analysis Juha Leino S ysteemianalyysin. Laboratorio

Diskreettiaikainen dynaaminen optimointi

OPTIMAALINEN INVESTOINTIPÄÄTÖS

Ito-prosessit. Määritelmä Geometrinen Brownin liike Keskiarvoon palautuvat prosessit Iton lemma. S ysteemianalyysin. Laboratorio

Investointimahdollisuudet ja investoinnin ajoittaminen

Esteet, hyppyprosessit ja dynaaminen ohjelmointi

Lisää satunnaisuutta ja mahdollisuus keskeyttää projekti

Projektin arvon aleneminen

Mat Dynaaminen optimointi, mallivastaukset, kierros 5

Projektin arvon määritys

Projektin keskeyttäminen, uudelleen käynnistäminen ja hylkääminen

Investointimahdollisuudet ja niiden ajoitus

[xk r k ] T Q[x k r k ] + u T k Ru k. }.

HY, MTO / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIa, syksy 2018 Harjoitus 3 Ratkaisuehdotuksia.

x 4 e 2x dx Γ(r) = x r 1 e x dx (1)

Mat Dynaaminen optimointi, mallivastaukset, kierros Johdetaan välttämättömät ehdot funktionaalin. g(y(t), ẏ(t),...

MAT Todennäköisyyslaskenta Tentti / Kimmo Vattulainen

0 kun x < 0, 1/3 kun 0 x < 1/4, 7/11 kun 1/4 x < 6/7, 1 kun x 1, 1 kun x 6/7,

Luento 1: Optimointimallin muodostaminen; optimointitehtävien luokittelu

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Satunnaismuuttujien muunnokset ja niiden jakaumat. TKK (c) Ilkka Mellin (2004) 1

k = 1,...,r. L(x 1 (t), x

2 exp( 2u), kun u > 0 f U (u) = v = 3 + u 3v + uv = u. f V (v) dv = f U (u) du du f V (v) = f U (u) dv = f U (h(v)) h (v) = f U 1 v (1 v) 2

Mat Dynaaminen optimointi, mallivastaukset, kierros Johdetaan ensiksi välttämättömät ehdot diskreettiaikaiselle optimisäätötehtävälle.

Talousmatematiikan perusteet: Luento 17. Integraalin sovelluksia kassavirta-analyysissa Integraalin sovelluksia todennäköisyyslaskennassa

D ( ) E( ) E( ) 2.917

Derivaatat lasketaan komponenteittain, esimerkiksi E 1 E 2

MS-C1340 Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt

y (0) = 0 y h (x) = C 1 e 2x +C 2 e x e10x e 3 e8x dx + e x 1 3 e9x dx = e 2x 1 3 e8x 1 8 = 1 24 e10x 1 27 e10x = e 10x e10x

Satunnaismuuttujien muunnokset ja niiden jakaumat

MS-A0501 Todennäköisyyslaskennan ja tilastotieteen peruskurssi

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 3: Vektorikentät

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 9: Greenin lause

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A

Satunnaismuuttujat ja jakaumat

Investointistrategioista kilpailluilla markkinoilla

Poisson-prosessien ominaisuuksia ja esimerkkilaskuja

Dynaaminen optimointi ja ehdollisten vaateiden menetelmä

4. laskuharjoituskierros, vko 7, ratkaisut

Normaaliryhmä. Toisen kertaluvun normaaliryhmä on yleistä muotoa

a) Markkinakysyntä - Aikaisemmin tarkasteltiin yksittäisen kuluttajan kysyntää. - Seuraavaksi tarkastellaan koko markkinoiden kysyntää.

4.1. Olkoon X mielivaltainen positiivinen satunnaismuuttuja, jonka odotusarvo on

Tehtäväsarja I Tehtävät 1-5 perustuvat monisteen kappaleisiin ja tehtävä 6 kappaleeseen 2.8.

Oletetaan, että virhetermit eivät korreloi toistensa eikä faktorin f kanssa. Toisin sanoen

Harjoitus 6: Symbolinen laskenta II (Mathematica)

Differentiaaliyhtälöt I, kevät 2017 Harjoitus 3

Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (CHEM) MS-A0207 Hakula/Vuojamo Kurssitentti, 12.2, 2018, arvosteluperusteet

2 dy dx 1. x = y2 e x2 2 1 y 2 dy = e x2 xdx. 2 y 1 1. = ex2 2 +C 2 1. y =

Esimerkki: Tietoliikennekytkin

min x x2 2 x 1 + x 2 1 = 0 (1) 2x1 1, h = f = 4x 2 2x1 + v = 0 4x 2 + v = 0 min x x3 2 x1 = ± v/3 = ±a x 2 = ± v/3 = ±a, a > 0 0 6x 2

Malliratkaisut Demo 1

Malliratkaisut Demot

MS-A0207 Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (Chem) Tentti ja välikokeiden uusinta

Haitallinen valikoituminen: yleinen malli ja sen ratkaisu

Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 Ratkaisut 5. viikolle /

Generoivat funktiot, Poisson- ja eksponenttijakaumat

MS-A0107 Differentiaali- ja integraalilaskenta 1 (CHEM)

Wiener-prosessi: Tarkastellaan seuraavanlaista stokastista prosessia

Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta. Osa 2: Satunnaismuuttujat ja todennäköisyysjakaumat. Momenttiemäfunktio ja karakteristinen funktio

Tampere University of Technology

, tuottoprosentti r = X 1 X 0

2. Viikko. CDH: luvut (s ). Matematiikka on fysiikan kieli ja differentiaaliyhtälöt sen yleisin murre.

6 Variaatiolaskennan perusteet

6. Differentiaaliyhtälösysteemien laadullista teoriaa.

Laskuharjoitus 7 Ratkaisut

a) Mikä on integraalifunktio ja miten derivaatta liittyy siihen? Anna esimerkki = 16 3 =

Matematiikka B1 - avoin yliopisto

5. Stokastinen integrointi

Harjoitus 4. KJR-C2001 Kiinteän aineen mekaniikan perusteet, IV/2016. Tehtävä 1 Selitä käsitteet kohdissa a) ja b) sekä laske c) kohdan tehtävä.

Osakesalkun optimointi. Anni Halkola Turun yliopisto 2016

Harjoitus 6: Symbolinen laskenta II (Mathematica)

Harjoitus 6: Symbolinen laskenta II (Mathematica)

Lineaarinen yhtälöryhmä

V ar(m n ) = V ar(x i ).

b 1. b m ) + ( 2b Ax) + (b b)

Todennäköisyyslaskenta IIa, syys lokakuu 2019 / Hytönen 3. laskuharjoitus, ratkaisuehdotukset

Suhteellisuusteorian perusteet 2017

1 Perusteita lineaarisista differentiaaliyhtälöistä

Luento 1: Optimointimallin muodostaminen; optimointitehtävien luokittelu

Suotuisien tapahtumien lukumäärä Kaikki alkeistapahtumien lukumäärä

Päätöspuut pitkän aikavälin investointilaskelmissa

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A

. Kun p = 1, jono suppenee raja-arvoon 1. Jos p = 2, jono hajaantuu. Jono suppenee siis lineaarisesti. Vastaavasti jonolle r k+1 = r k, suhde on r k+1

J. Virtamo Jonoteoria / Poisson-prosessi 1

Kuva 1: Tehtävä 1a. = 2π. 3 x3 1 )

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Momenttiemäfunktio ja karakteristinen funktio. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

2. kl:n DY:t. Lause. Yleisesti yhtälöllä ẍ = f(ẋ, x, t) on (sopivin oletuksin) aina olemassa 1-käs. ratkaisu. (ẋ dx/dt, ẍ d 2 x/dt 2.

Diskreetin satunnaismuuttujan odotusarvo, keskihajonta ja varianssi

LASKENNALLISEN TIETEEN OHJELMATYÖ: Diffuusion Monte Carlo -simulointi yksiulotteisessa systeemissä

MS-A0305 Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Luento 1: Moniulotteiset integraalit

= X s + IE[X t X s ] = 0, s ja sitä, että ehdollinen odotusarvo on tavallinen odotusarvo silloin, kun satunnaismuuttuja

Differentiaali- ja integraalilaskenta 3 Harjoitus 4/ Syksy 2017

(a) Potentiaali ja virtafunktiot saadaan suoraan summaamalla lähteen ja pyörteen funktiot. Potentiaalifunktioksi

Liikenneongelmien aikaskaalahierarkia

Matematiikan tukikurssi

Mat Sovellettu todennäköisyyslasku A. Moniulotteiset jakaumat. Avainsanat:

KKT: log p i v 1 + v 2 x i = 0, i = 1,...,n.

KJR-C1001 Statiikka ja dynamiikka. Luento Susanna Hurme

Matematiikan ja tilastotieteen laitos Stokastiset differentiaaliyhtälöt Ratkaisuehdotelma Harjoitukseen 5

HY, MTL / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIb, syksy 2017 Harjoitus 1 Ratkaisuehdotuksia

Transkriptio:

Jatkuvan ajan dynaaminen optimointi Diskreetistä ajasta jatkuvaan Ito prosessit Optimaalinen pysäytys Poisson prosessit Optimointiopin seminaari - Syksy 2000 / 1

Jatkuvan ajan dynaaminen π(x,u,t) tuottovirta optimointi π(x,u,t) t tuotto t pituisella ajanjaksolla ρ diskonttotekijä aikayksikköä kohden, diskonttokerroin t pituiselle ajanjaksolle on 1/(1 + ρ t) Äärettömän aikavälin diskreetin ajan Bellmanin yhtälö: F(x)=max{π(x,u)+1/(1+ρ) E[F(x ) x,u]} Optimointiopin seminaari - Syksy 2000 / 2

Jatkuvan ajan dynaaminen optimointi (jatkoa) Saa muodon F(x,t) = max{π(x,u,t) t + 1/(1+ρ t) E[F(x, t+ t) x,u]} Muokataan ja annetaan t lähestyä nollaa; ρf(x,t)=max{π(x,u,t)+1/dt E[dF]}, jossa 1/dt E[dF]=lim 1/ t E[F(x, t+ t)-f(x,t)]. Ei-arbitraasi- tai tasapainoyhtälö! Ongelmana raja-arvon ottaminen. Hyvin määritelty vain Ito- ja Poissonprosesseille. Optimointiopin seminaari - Syksy 2000 / 3

Dynaaminen optimointi Itoprosesseilla dx = a(x,u,t) dt + b(x,u,t) dz π(x,u,t) ja F(x,t) kuten edellä x tila hetkellä t, x =x+ x tila hetkellä t+ t Sovelletaan Iton lemmaa E[F(x+ x, t+ t) x,u] = F(x,t)+ [F t (x,t)+a(x,u,t)f x (x,t)+1/2b 2 (x,u,t)f xx (x,t)] t +o( t) Optimointiopin seminaari - Syksy 2000 / 4

Dynaaminen optimointi Itoprosesseilla (jatkoa) Tasapainoyhtälö saa nyt muodon ρf=max{π(x,u,t)+f t (x,t)+a(x,u,t)f x (x,t)+ 1/2b 2 (x,u,t)f xx (x,t)] Tästä voidaan ratkaista u *, x *, jolloin saadaan 2. astetta oleva ODY F:lle ODY yleisesti kompleksi ja vaikea ratkaista Optimointiopin seminaari - Syksy 2000 / 5

Dynaaminen optimointi Itoprosesseilla (jatkoa) Äärellisellä aikavälillä: loppuaika T, lopputuotto Ω(x T,T) Yhtälölle saadaan reunaehto F(x,t)=Ω(x,t) kaikilla x F(x,t) voidaan laskea aloittamalla T:stä ja laskemalla taksepäin F(x,t):n arvot kaikkina ajanhetkinä t Jos a,b,π eivät riipu ajasta saadaan F:lle DY Optimointiopin seminaari - Syksy 2000 / 6

Optimaalinen pysäytys ja smooth-pasting Binääriongelma - jatka, tuottovirta π(x,t) - lopeta, lopetustuotto Ω(x,t) dx = a(x,t) dt + b(x,t) dz Intuitiivisesti: olemassa raja x * (t) s.e. jos x(t) > x * (t) (x(t) < x * (t)) on optimaalista jatkaa (lopettaa) x * (t) saadaan osana dynaamisen optimointiongelman ratkaisua Optimointiopin seminaari - Syksy 2000 / 7

Optimaalinen pysäytys ja smooth-pasting (jatkoa) Bellmanin yhtälö ongelmalle F(x,t)=max{Ω(x,t), π(x,t)+ 1/(1+ρdt) E[F(x+dx,t+dt] x]} Jatka -alueessa (x(t)>x * (t)) jälkimmäinen termi isompi, sovelletaan tähän Iton lemmaa 1/2b 2 (x,t) F xx (x,t)+a(x,t) F x (x,t)+f t (x,t) - ρf(x,t)+π(x,t)=0, reunaehto x(t)=x * (t) Optimointiopin seminaari - Syksy 2000 / 8

Optimaalinen pysäytys ja smooth-pasting (jatkoa) Bellmanin yhtälöstä: F(x * (t),t) = Ω(x * (t),t) kaikilla t value-matching condition Tarvitaan kuitenkin lisäehto smooth-pasting condition F x (x * (t),t)=ω x (x * (t),t) Optimointiopin seminaari - Syksy 2000 / 9

Esimerkki - koneen optimaalinen hylkääminen Yritys omistaa koneen, joka valmistaa vimpaimia - elinaika [0,T] vuotta - tuotto vähenee vuosi vuodelta - tuotossa satunnaisia hypähdyksiä - tuottovirta dx=a dt+b dz, a<0 - hylkääminen on pysyvää Seurattava sekä x että t Olemassa x * (t) s.e. jos x(t)<x * (t) kone hylätään Optimointiopin seminaari - Syksy 2000 / 10

Esimerkki - koneen optimaalinen hylkääminen (jatkoa) 0 0 2 4 6 8 10 12-0,05 x -0,1-0,15-0,2 t Optimointiopin seminaari - Syksy 2000 / 11

Dynaaminen optimointi Poisson prosesseilla dx = f(x,t) dt + g(x,t) dq, dq={0,u}, P(dq=u)=λ dt, P(dq=0)= 1- λ dt Optimaalinen pysäytys ongelma hyppy lopeta -alueeseen => df=λdt[ω(x+g(x,t) u)-f(x,t)]+ (1-λdt) [F(x+f(x,t)) dt)-f(x,t)] hyppy jatka -alueeseen => sij. F(x+g(x,t) u) Ω(x+g(x,t) u) tilalle Optimointiopin seminaari - Syksy 2000 / 12

Dynaaminen optimointi Poisson prosesseilla (jatkoa) Sijoittamalla df ei-arbitraasiyhtälöön saadaan Poisson prosessille ρf(x,t) = π(x,t) + λ[ω(x+g(x,t) u) -F(x,t)] + F x (x,t) f(x,t) kun x+g(x,t) u kuuluu lopeta -alueeseen. Vastaava lauseke kun x+g(x,t) u kuuluu jatka -alueseen saadaan sijoittamalla Ω:n tilalle F Optimointiopin seminaari - Syksy 2000 / 13

Dynaaminen optimointi Poisson prosesseilla (jatkoa) Jos u on satunnaismuuttuja on käytettävä näiden kombinaatiota ottamalla odotusarvo u:n jakauman suhteen. Ratkaisua ei saada paikallisesti jatka - alueelle => Ω ja F ei voida liittää toisiinsa pelkästään reunalla => vaikeuksia. Riittävän yksinkertaisia sovelluksia löytyy eli on kuitenkin käyttökelpoinen työkalu. Optimointiopin seminaari - Syksy 2000 / 14

Kotitehtävä - Poisson prosessi dx = g(x,t) dq, dq kuten edellä hyppy tapahtuu aina samaan, tunnettuun pisteeseen x 0 Ω(x 0,t) = 0 Poisson prosessin df:n lausekkeesta lähtien laske F(x,t), kun x 0 sijaitsee - jatka -alueessa - lopeta -alueessa Optimointiopin seminaari - Syksy 2000 / 15