Thesis (Doctoral)--Ruhr-Universität Bochum, 1982.

University-Gesamthochsch., Diss.--Paderborn, 1995.

University, Diss., 2004--München.

Techn. University, Diss., 2003--Berlin.

Zugl.: München, Techn. Univ., Diss., 2009

Universiẗat, Diss., 1999--Freiburg (Breisgau).

This thesis is concerned with a certain class of algorithms for the solution of constrained optimization problems and generalized Nash equilibrium problems in Hilbert spaces. This class of algorithms is inspired by the alternating direction method of multipliers (ADMM) and eliminates the constraints using an augmented Lagrangian approach. The alternating direction method consists of splitting the augmented Lagrangian subproblem into smaller and more easily manageable parts. Before the algorithms are discussed, a substantial amount of background material, including the theory of Banach and Hilbert spaces, fixed-point iterations as well as convex and monotone set-valued analysis, is presented. Thereafter, certain optimization problems and generalized Nash equilibrium problems are reformulated and analyzed using variational inequalities and set-valued mappings. The analysis of the algorithms developed in the course of this thesis is rooted in these reformulations as variational inequalities and set-valued mappings. The first algorithms discussed and analyzed are one weakly and one strongly convergent ADMM-type algorithm for convex, linearly constrained optimization. By equipping the associated Hilbert space with the correct weighted scalar product, the analysis of these two methods is accomplished using the proximal point method and the Halpern method. The rest of the thesis is concerned with the development and analysis of ADMM-type algorithms for generalized Nash equilibrium problems that jointly share a linear equality constraint. The first class of these algorithms is completely parallelizable and uses a forward-backward idea for the analysis, whereas the second class of algorithms can be interpreted as a direct extension of the classical ADMM-method to generalized Nash equilibrium problems. At the end of this thesis, the numerical behavior of the discussed algorithms is demonstrated on a collection of examples. / Die vorliegende Arbeit behandelt eine Klasse von Algorithmen zur Lösung restringierter Optimierungsprobleme und verallgemeinerter Nash-Gleichgewichtsprobleme in Hilberträumen. Diese Klasse von Algorithmen ist angelehnt an die Alternating Direction Method of Multipliers (ADMM) und eliminiert die Nebenbedingungen durch einen Augmented-Lagrangian-Ansatz. Im Rahmen dessen wird in der Alternating Direction Method of Multipliers das jeweilige Augmented-Lagrangian-Teilproblem in kleinere Teilprobleme aufgespaltet. Zur Vorbereitung wird eine Vielzahl grundlegender Resultate präsentiert. Dies beinhaltet entsprechende Ergebnisse aus der Literatur zu der Theorie von Banach- und Hilberträumen, Fixpunktmethoden sowie konvexer und monotoner mengenwertiger Analysis. Im Anschluss werden gewisse Optimierungsprobleme sowie verallgemeinerte Nash-Gleichgewichtsprobleme als Variationsungleichungen und Inklusionen mit mengenwertigen Operatoren formuliert und analysiert. Die Analysis der im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Algorithmen bezieht sich auf diese Reformulierungen als Variationsungleichungen und Inklusionsprobleme. Zuerst werden ein schwach und ein stark konvergenter paralleler ADMM-Algorithmus zur Lösung von separablen Optimierungsaufgaben mit linearen Gleichheitsnebenbedingungen präsentiert und analysiert. Durch die Ausstattung des zugehörigen Hilbertraums mit dem richtigen gewichteten Skalarprodukt gelingt die Analyse dieser beiden Methoden mit Hilfe der Proximalpunktmethode und der Halpern-Methode. Der Rest der Arbeit beschäftigt sich mit Algorithmen für verallgemeinerte Nash-Gleichgewichtsprobleme, die gemeinsame lineare Gleichheitsnebenbedingungen besitzen. Die erste Klasse von Algorithmen ist vollständig parallelisierbar und es wird ein Forward-Backward-Ansatz für die Analyse genutzt. Die zweite Klasse von Algorithmen kann hingegen als direkte Erweiterung des klassischen ADMM-Verfahrens auf verallgemeinerte Nash-Gleichgewichtsprobleme aufgefasst werden. Abschließend wird das Konvergenzverhalten der entwickelten Algorithmen an einer Sammlung von Beispielen demonstriert.

Würzburg, Univ., Diss., 2008

In dieser Arbeit wird eine neue Theorie der quaternionischen Funktionen vorgestellt, welche das Problem der Bestapproximation von Familien prolater und oblater sphäroidalen Funktionen im Hilberträumen behandelt. Die allgemeine Theorie beginnt mit der expliziten Konstruktion von orthogonalen Basen für Räume, definiert auf sphäroidalen Gebieten mit beliebiger Exzentrizität, deren Elemente harmonische, monogene und kontragene Funktionen sind und durch die Form der Gebiete parametrisiert werden. Eine detaillierte Studie dieser grundlegenden Elemente wird in dieser Arbeit durchgeführt. Der Begriff der kontragenen Funktion hängt vom Definitionsbereich ab und ist daher keine lokale Eigenschaft, während die Begriffe der harmonischen und monogenen Funktionen lokal sind. Es werden verschiedene Umwandlungsformeln vorgestellt, die Systeme harmonischer, monogener und kontragener Funktionen auf Sphäroiden unterschiedlicher Exzentrizität in Beziehung setzen. Darüber hinaus wird die Existenz gemeinsamer nichttrivialer kontragener Funktionen für Sphäroide jeglicher Exzentrizität gezeigt. Der zweite wichtige Beitrag dieser Arbeit betrifft eine quaternionische Raumfrequenztheorie für bandbegrenzte quaternionische Funktionen. Es wird eine neue Art von quaternionischen Signalen vorgeschlagen, deren Energiekonzentration im Raum und in den Frequenzbereichen unter der quaternionischen Fourier-Transformation maximal ist. Darüber hinaus werden diese Signale im Kontext der Spektralkonzentration als Eigenfunktionen eines kompakten und selbstadjungierteren quaternionischen Integraloperators untersucht und die grundlegenden Eigenschaften ihrer zugehörigen Eigenwerte werden detailliert beschrieben. Wenn die Konzentrationsgebiete beider Räume kugelförmig sind, kann der Winkelanteil dieser Signale explizit gefunden werden, was zur Lösung von mehreren eindimensionalen radialen Integralgleichungen führt. Wir nutzen die theoretischen Ergebnisse und harmonische Konjugierten um Klassen monogener Funktionen in verschiedenen Räumen zu konstruieren. Zur Charakterisierung der monogenen gewichteten Hardy- und Bergman-Räume in der Einheitskugel werden zwei konstruktive Algorithmen vorgeschlagen. Für eine reelle harmonische Funktion, die zu einem gewichteten Hardy- und Bergman-Raum gehört, werden die harmonischen Konjugiert in den gleichen Räumen gefunden. Die Beschränktheit der zugrundeliegenden harmonischen Konjugationsoperatoren wird in den angegebenen gewichteten Räumen bewiesen. Zusätzlich wird ein quaternionisches Gegenstück zum Satz von Bloch für monogene Funktionen bewiesen. / This work presents a novel Quaternionic Function Theory associated with the best approximation problem in the setting of Hilbert spaces concerning families of prolate and oblate spheroidal functions. The general theory begins with the explicit construction of orthogonal bases for the spaces of harmonic, monogenic, and contragenic functions defined in spheroidal domains of arbitrary eccentricity, whose elements are parametrized by the shape of the corresponding spheroids. A detailed study regarding the elements that constitute these bases is carried out in this thesis. The notion of a contragenic function depends on the domain, and, therefore, it is not a local property in contrast to the concepts of harmonic and monogenic functions. Various conversion formulas that relate systems of harmonic, monogenic, and contragenic functions associated with spheroids of differing eccentricity are presented. Furthermore, the existence of standard nontrivial contragenic functions is shown for spheroids of any eccentricity. The second significant contribution presented in this work pertains to a quaternionic space-frequency theory for band-limited quaternionic functions. A new class of quaternionic signals is proposed, whose energy concentration in the space and the frequency domains are maximal under the quaternion Fourier transform. These signals are studied in the context of spatial-frequency concentration as eigenfunctions of a compact and self-adjoint quaternion integral operator. The fundamental properties of their associated eigenvalues are described in detail. When the concentration domains are spherical in both spaces, the angular part of these signals can be found explicitly, leading to a set of one-dimensional radial integral equations. The theoretical framework described in this work is applied to the construction of classes of monogenic functions in different spaces via harmonic conjugates. Two constructive algorithms are proposed to characterize the monogenic weighted Hardy and Bergman spaces in the Euclidean unit ball. For a real-valued harmonic function belonging to a Hardy and a weighted Bergman space, the harmonic conjugates in the same spaces are found. The boundedness of the underlying harmonic conjugation operators is proven in the given weighted spaces. Additionally, a quaternionic counterpart of Bloch’s Theorem is established for monogenic functions.