In this paper, optimal control problems for semilinear parabolic equations with distributed and boundary controls are considered. Pointwise constraints on the control and on the state are given. Main emphasis is laid on the discussion of second order sufficient optimality conditions. Sufficiency for local optimality is verified under different assumptions imposed on the dimension of the domain and on the smoothness of the given data.

In der Dissertation werden Zwei-Ebenen-Optimierungsaufgaben mit spezieller Struktur untersucht. Von Interesse sind hierbei für den sogenannten pessimistischen Lösungszugang Existenzresultate für Lösungen, die Eckpunkteigenschaft einer Lösung, eine Regularisierungstechnik, Optimalitätsbedingungen sowie für den linearen Fall ein Verfahren zur Bestimmung einer global pessimistischen Lösung. Beim optimistischen Lösungszugang wird zunächst eine Verallgemeinerung des Lösungsbegriffes angegeben. Anschließend finden sich Betrachtungen zur Komplexität des Problems, zu Optimalitätsbedingungen sowie ein Abstiegs- und Branch&Bound-Verfahren für den linearen Fall wieder. Den Abschluss der Arbeit bilden ein Anwendungsbeispiel und numerische Testrechnungen.

The main purpose of this dissertation is to investigate directional constraint qualifications and necessary optimality conditions for nonsmooth set-constrained mathematical programs. First, we study sufficient conditions for metric subregularity of the set-constrained system. We introduce the directional version of the quasi-/pseudo-normality as a sufficient condition for metric subregularity, which is weaker than the classical quasi-/pseudo-normality, respectively. Then we apply our results to complementarity and Karush-Kuhn-Tucker systems. Secondly, we study directional optimality conditions of bilevel programs. It is well-known that the value function reformulation of bilevel programs provides equivalent single-level optimization problems， which are nonsmooth and never satisfy the usual constraint qualifications such as the Mangasarian-Fromovitz constraint qualification (MFCQ). We show that even the first-order sufficient condition for metric subregularity (which is generally weaker than MFCQ) fails at each feasible point of bilevel programs. We introduce the directional Clarke calmness condition and show that under the directional Clarke calmness condition, the directional necessary optimality condition holds. We perform directional sensitivity analysis of the value function and propose the directional quasi-normality as a sufficient condition for the directional Clarke calmness. / Graduate / 2021-07-07

Cette thèse est constituée de deux parties qui peuvent être lues indépendamment. Dans la première partie de la thèse, nous étudions des problèmes de couverture et de valorisation d’options liés à une mesure de risque. Notre approche principale est l’utilisation d’une fonction de risque asymétrique et d’un cadre asymptotique dans lequel nous obtenons des solutions optimales à travers des équations aux dérivées partielles (EDP) non-linéaires.Dans le premier chapitre, nous nous intéressons à la valorisation et la couverture des options européennes. Nous considérons le problème de l’optimisation du risque résiduel généré par une couverture à temps discret en présence d’un critère asymétrique de risque. Au lieu d'analyser le comportement asymptotique de la solution du problème discret associé, nous avons étudié la mesure asymétrique du risque résiduel intégré dans un cadre Markovian. Dans ce contexte, nous montrons l’existence de cette mesure de risque asymptotique. Ainsi, nous décrivons une stratégie de couverture asymptotiquement optimale via la solution d’une EDP totalement non-linéaire.Le deuxième chapitre est une application de cette méthode de couverture au problème de valorisation de la production d’une centrale. Puisque la centrale génère de coûts de maintenance qu’elle soit allumée ou non, nous nous sommes intéressés à la réduction du risque associé aux revenus incertains de cette centrale en se couvrant avec des contrats à terme. Nous avons étudié l’impact d’un coût de maintenance dépendant du prix d’électricité dans la stratégie couverture.Dans la seconde partie de la thèse, nous considérons plusieurs problèmes de contrôle liés à l'économie et la finance.Le troisième chapitre est dédié à l’étude d’une classe de problème du type McKean-Vlasov (MKV) avec bruit commun, appelée MKV polynomiale conditionnelle. Nous réduisons cette classe polynomiale par plongement de Markov à des problèmes de contrôle en dimension finie.Nous comparons trois techniques probabilistes différentes pour la résolution numérique du problème réduit: la quantification, la régression par randomisation du contrôle et la régression différée. Nous fournissons de nombreux exemples numériques, comme par exemple, la sélection de portefeuille avec incertitude sur une tendance du sous-jacent.Dans le quatrième chapitre, nous résolvons des équations de programmation dynamique associées à des valorisations financières sur le marché de l’énergie. Nous considérons qu’un modèle calibré pour les sous-jacents n’est pas disponible et qu’un petit échantillon obtenu des données historiques est accessible.En plus, dans ce contexte, nous supposons que les contrats à terme sont souvent gouvernés par des facteurs cachés modélisés par des processus de Markov. Nous proposons une méthode nonintrusive pour résoudre ces équations à travers les techniques de régression empirique en utilisant seulement l’historique du log du prix des contrats à terme observables. / This thesis is constituted by two parts that can be read independently.In the first part, we study several problems of hedging and pricing of options related to a risk measure. Our main approach is the use of an asymmetric risk function and an asymptotic framework in which we obtain optimal solutions through nonlinear partial differential equations (PDE).In the first chapter, we focus on pricing and hedging European options. We consider the optimization problem of the residual risk generated by a discrete-time hedging in the presence of an asymmetric risk criterion. Instead of analyzing the asymptotic behavior of the solution to the associated discrete problem, we study the integrated asymmetric measure of the residual risk in a Markovian framework. In this context, we show the existence of the asymptotic risk measure. Thus, we describe an asymptotically optimal hedging strategy via the solution to a fully nonlinear PDE.The second chapter is an application of the hedging method to the valuation problem of the power plant. Since the power plant generates maintenance costs whether it is on or off, we are interested in reducing the risk associated with its uncertain revenues by hedging with forwards contracts. We study the impact of a maintenance cost depending on the electricity price into the hedging strategy.In the second part, we consider several control problems associated with economy and finance.The third chapter is dedicated to the study of a McKean-Vlasov (MKV) problem class with common noise, called polynomial conditional MKV. We reduce this polynomial class by a Markov embedding to finite-dimensional control problems.We compare three different probabilistic techniques for numerical resolution of the reduced problem: quantization, control randomization and regress later.We provide numerous numerical examples, such as the selection of a portfolio under drift uncertainty.In the fourth chapter, we solve dynamic programming equations associated with financial valuations in the energy market. We consider that a calibrated underlying model is not available and that a limited sample of historical data is accessible.In this context, we suppose that forward contracts are governed by hidden factors modeled by Markov processes. We propose a non-intrusive method to solve these equations through empirical regression techniques using only the log price history of observable futures contracts.

Les lois de commande affines par morceaux ont attiré une grande attention de la communauté d'automatique de contrôle grâce à leur pertinence pour des systèmes contraints, systèmes hybrides; également pour l'approximation de commandes nonlinéaires. Pourtant, leur mise en oeuvre est soumise à quelques difficultés. Motivé par l'intérêt à cette classe de commandes, cette thèse porte sur leur analyse, mise en oeuvre et synthèse.La première partie de cette thèse a pour but le calcul de la marge de robustesse et de la marge de fragilité pour une loi de commande affine par morceaux donnée et un système linéaire discret. Plus précisément, la marge de robustesse est définie comme l'ensemble des systèmes linéaires à paramètres variants que la loi de commande donnée garde les trajectoires dans de la région faisable. D'ailleurs, la marge de fragilité comprend toutes les variations des coefficients de la commande donnée telle que l'invariance de la région faisable soit encore garantie. Il est montré que si la région faisable donnée est un polytope, ces marges sont aussi des polytopes.La deuxième partie de ce manuscrit est consacrée au problème de l'optimalité inverse pour la classe des fonctions affines par morceaux. C'est-à-dire, l'objective est de définir un problème d'optimisation pour lequel la solution optimale est équivalente à la fonction affine par morceaux donnée. La méthodologie est fondée sur le convex lifting, i.e., un variable auxiliaire, scalaire, qui permet de définir un ensemble convex à partir de la partition d'état de la fonction affine par morceaux donnée. Il est montré que si la fonction affine par morceaux donnée est continue, la solution optimale de ce problème redéfini sera unique. Par contre, si la continuité n'est pas satisfaite, cette fonction affine par morceaux sera une solution optimale parmi les autres du problème redéfini.En ce qui concerne l’application dans la commande prédictive, il sera montré que n'importe quelle loi de commande affine par morceaux continue peut être obtenue par un autre problème de commande prédictive avec l'horizon de prédiction au plus égal à 2. A côté de cet aspect théorique, ce résultat sera utile pour faciliter la mise en oeuvre des lois de commandes affines par morceaux en évitant l'enregistrement de la partition de l'espace d'état. Dans la dernière partie de ce rapport, une famille de convex liftings servira comme des fonctions de Lyapunov. En conséquence, ce "convex lifting" sera déployé pour synthétiser des lois de commande robustes pour des systèmes linéaires incertains, également en présence de perturbations additives bornées. Des lois implicites et explicites seront obtenues en même temps. Cette méthode permet de garantir la faisabilité récursive et la stabilité robuste. Cependant, cette fonction de Lyapunov est limitée à l'ensemble λ −contractive maximal avec une constante scalaire 0 ≤ λ < 1 qui est plus petit que l'ensemble contrôlable maximal. Pour cette raison, une extension de cette méthode pour l'ensemble contrôlable de N − pas, sera présentée. Cette méthode est fondée sur des convex liftings en cascade où une variable auxiliaire sera utilisée pour servir comme une fonction de Lyapunov. Plus précisément, cette variable est non-négative, strictement décroissante pour les N premiers pas et égale toujours à 0 − après. Par conséquent, la stabilité robuste est garantie. / Piecewise affine (PWA) feedback control laws have received significant attention due to their relevance for the control of constrained systems, hybrid systems; equally for the approximation of nonlinear control. However, they are associated with serious implementation issues. Motivated from the interest in this class of particular controllers, this thesis is mostly related to their analysis and design.The first part of this thesis aims to compute the robustness and fragility margins for a given PWA control law and a linear discrete-time system. More precisely, the robustness margin is defined as the set of linear time-varying systems such that the given PWA control law keeps the trajectories inside a given feasible set. On a different perspective, the fragility margin contains all the admissible variations of the control law coefficients such that the positive invariance of the given feasible set is still guaranteed. It will be shown that if the given feasible set is a polytope, then so are these robustness/fragility margins.The second part of this thesis focuses on inverse optimality problem for the class of PWA controllers. Namely, the goal is to construct an optimization problem whose optimal solution is equivalent to the given PWA function. The methodology is based on emph convex lifting: an auxiliary 1− dimensional variable which enhances the convexity characterization into recovered optimization problem. Accordingly, if the given PWA function is continuous, the optimal solution to this reconstructed optimization problem will be shown to be unique. Otherwise, if the continuity of this given PWA function is not fulfilled, this function will be shown to be one optimal solution to the recovered problem.In view of applications in linear model predictive control (MPC), it will be shown that any continuous PWA control law can be obtained by a linear MPC problem with the prediction horizon at most equal to 2 prediction steps. Aside from the theoretical meaning, this result can also be of help to facilitate implementation of PWA control laws by avoiding storing state space partition. Another utility of convex liftings will be shown in the last part of this thesis to be a control Lyapunov function. Accordingly, this convex lifting will be deployed in the so-called robust control design based on convex liftings for linear system affected by bounded additive disturbances and polytopic uncertainties. Both implicit and explicit controllers can be obtained. This method can also guarantee the recursive feasibility and robust stability. However, this control Lyapunov function is only defined over the maximal λ −contractive set for a given 0 ≤ λ < 1 which is known to be smaller than the maximal controllable set. Therefore, an extension of the above method to the N-steps controllable set will be presented. This method is based on a cascade of convex liftings where an auxiliary variable will be used to emulate a Lyapunov function. Namely, this variable will be shown to be non-negative, to strictly decrease for N first steps and to stay at 0 afterwards. Accordingly, robust stability is sought.

This doctoral thesis deals with the aspects of evaluation of balance and optimality of corporate information systems. The initiative for this specialization was given by the increasing importance that is being laid on the perception of information systems from the point of view of a business company. More and more resources are being invested in the domain of information systems, but afterwards, it is not always ascertained that the information system is such a system, one could characterize as balanced and optimal for the company today as well as in the future. Often this is because there does not exist for the company an available and easily applicable methodic how to evaluate the system. As one of the main starting points of this doctoral thesis I have chosen the methodic HOS8 that was published 5 years ago on our faculty. The newly proposed methodic HOS2009 is trying to clear up the weak points of the original HOS8 methodic that were discovered during its practical use. This is done mainly by using the information feedback from the applicants of the methodic. Within the scope of this thesis the factors influencing the level of the particular areas of the system and the influence of these areas on its general balance are being examined. With regard to the evaluation of the balance and optimality of the information system, in this thesis the problematic of determination of a balanced and optimal state of information system for a company nowadays as well in the future are being examined. As a part of the methods output the thesis presents also charts representing the general state of the system, the imbalance of the particular parts of the IS and the relationship between the areas of hardware and software. Based on the evaluation of the current state and its comparison to the balanced optimal state for the present day as well for the future, the new possible directions and strategies of further development of the IS in the company are being proposed. I see the best exploitation of the methodic HOS2009 in the company in the support of managerial decisions with impact on: the discovery of potentially problems within the scope of IS of the company, the design of a possible course of development useful for their solution, but also the usage of the methodic as a simple control mechanism.

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With the breakthrough of machine learning techniques, the research concerning music emotion classification has been getting notable progress combining various audio features and state-of-the-art machine learning models. Still, it is known that the way to preprocess music samples and to choose which machine classification algorithm to use depends on data sets and the objective of each project work. The collaborating company of this thesis, Ichigoichie AB, is currently developing a system to categorize music data into positive/negative classes. To enhance the accuracy of the existing system, this project aims to figure out the best model through experiments with six audio features (Mel spectrogram, MFCC, HPSS, Onset, CENS, Tonnetz) and several machine learning models including deep neural network models for the classification task. For each model, hyperparameter tuning is performed and the model evaluation is carried out according to pareto optimality with regard to accuracy and execution time. The results show that the most promising model accomplished 95% correct classification with an execution time of less than 15 seconds. / I och med genombrottet av maskininlärningstekniker har forskning kring känsloklassificering i musik sett betydande framsteg genom att kombinera olikamusikanalysverktyg med nya maskinlärningsmodeller. Trots detta är hur man förbehandlar ljuddatat och valet av vilken maskinklassificeringsalgoritm som ska tillämpas beroende på vilken typ av data man arbetar med samt målet med projektet. Denna uppsats samarbetspartner, Ichigoichie AB, utvecklar för närvarande ett system för att kategorisera musikdata enligt positiva och negativa känslor. För att höja systemets noggrannhet är målet med denna uppsats att experimentellt hitta bästa modellen baserat på sex musik-egenskaper (Mel-spektrogram, MFCC, HPSS, Onset, CENS samt Tonnetz) och ett antal olika maskininlärningsmodeller, inklusive Deep Learning-modeller. Varje modell hyperparameteroptimeras och utvärderas enligt paretooptimalitet med hänsyn till noggrannhet och beräkningstid. Resultaten visar att den mest lovande modellen uppnådde 95% korrekt klassificering med en beräkningstid på mindre än 15 sekunder.

Diese Dissertation beschäftigt sich mit Morphemstrukturbeschränkungen und ihren Auswirkungen in der Optimalitätstheorie. Morphemstrukturbeschränkungen wurden als sprachspezifische Beschränkungen vorgeschlagen, die vor allen anderen phonologischen und morphologischen Prozessen auf der zugrundeliegenden Form applizieren und sich auf monomorphemische Domänen beziehen. Die Hauptthese dieser Arbeit ist, dass Beschränkungen über die zugrundeliegende Form kein notwendiger Bestandteil einer phonologischen Theorie sind; Beschränkungen über monomorphemische Domänen jedoch durchaus empirisch nachgewiesen werden. Hierarchische Morphoprosodische Struktur wird als eine prosodische Lösung für solche Beschränkungen vorgeschlagen. Die Argumentation steht auf zwei Säulen. In einer empirischen Studie, die auf einer Datenbank mit 229 Einträgen aus 140 Sprachen besteht, wird nachgewiesen, dass sich Beschränkungen über monomorphemische Domänen auf phonologisch abgeleitete Eigenschaften in diversen Domänen (Wurzel, Affix, Morphem) beziehen. Außerdem wird gezeigt, dass die Interaktion von Beschränkungen über monomorphemische Domänen mit anderen grammatischen Prozessen, nämlich Infigierung, Vokalharmonie und Ton, durch Hierarchische Morphoprosodische Struktur erklärt werden kann, nicht jedoch durch alternative Ansätze.:Acknowledgments i List of Abbreviations vii 1 MSCs, CoMDs, and CoURs 1 2 Typology of Monomorphemic Domains in Phonology 23 3 The Domain Problem in Infixation 61 4 Trigger Asymmetries in Vowel Harmony 107 5 Richness of the Base Problems in Tonal Phonology 143 6 Discussion & Conclusion 187 Appendix: DoCoMD 219

We review our recent work on how to compute optimal repairs, optimal compliant anonymizations, and optimal safe anonymizations of ABoxes containing possibly anonymized individuals. The results can be used both to remove erroneous consequences from a knowledge base and to hide secret information before publication of the knowledge base, while keeping as much as possible of the original information. / Updated on August 27, 2021. This is an extended version of an article accepted at DL 2021.