Soit une fonction définie sur un ensemble fini muni d’un noyau markovien irréductible . L’objectif du papier est de comparer théoriquement deux procédures stochastiques de minimisation globale de : le recuit simulé et un algorithme génétique. Pour ceci on se placera dans la situation idéalisée d’une infinité de particules disponibles et nous ferons une hypothèse commode d’existence de suffisamment de symétries du cadre . On verra notamment que contrairement au recuit simulé, toute évolution logarithmique de l’inverse de la température conduit asymptotiquement à concentrer les dynamiques de Feynman-Kac recuites sur certains minima globaux de (du moins si ne fait pas sortir de leur ensemble en un temps presque immédiat). Par contre, ces dernières ont tendance à oublier plus difficilement leur condition initiale et on quantifiera précisément cette propriété. Enfin on présentera les conjectures correspondantes dans une situation plus générale.
Let be a function defined on a finite set which is endowed with an irreducible Markov kernel . The main purpose of this paper is to theoretically compare two stochastic procedures for the global minimization of : simulated annealing and a genetic algorithm. For the latter we simplify the analysis by considering an infinite number of particles. Furthermore, we assume that the setting is sufficiently symmetrical and that does not force particles to get out of in bounded time, where is the set of global minima of . Contrarily to simulated annealing, for all logarithmic inverse temperature evolutions, the considered genetic algorithms concentrate in large time on some particular elements of that we will describe. But it is more difficult for these genetic algorithms to forget their initial condition and we will quantify this property. Corresponding conjectures for more general situations will also be pointed out.
Classification : 37A30, 46E39, 47D08, 60F10, 60J10, 70K20, 90C27
Mots clés : optimisation stochastique, dynamique de Feynman-Kac recuite, recuit simulé généralisé, ergodicité faible, valeur et vecteur propre de Perron-Frobenius, équation de Poisson, temps de retour, probabilité invariante ou fixe, grandes déviations, mesures empiriques, basse température, couplage et inégalités stochastiques, inégalité de Sobolev logarithmique modifiée
@article{PS_2006__10__76_0, author = {Del Moral, Pierre and Miclo, Laurent}, title = {Dynamiques recuites de type {Feynman-Kac} : r\'esultats pr\'ecis et conjectures}, journal = {ESAIM: Probability and Statistics}, pages = {76--140}, publisher = {EDP-Sciences}, volume = {10}, year = {2006}, doi = {10.1051/ps:2006003}, mrnumber = {2218405}, language = {fr}, url = {http://www.numdam.org/articles/10.1051/ps:2006003/} }
TY - JOUR AU - Del Moral, Pierre AU - Miclo, Laurent TI - Dynamiques recuites de type Feynman-Kac : résultats précis et conjectures JO - ESAIM: Probability and Statistics PY - 2006 DA - 2006/// SP - 76 EP - 140 VL - 10 PB - EDP-Sciences UR - http://www.numdam.org/articles/10.1051/ps:2006003/ UR - https://www.ams.org/mathscinet-getitem?mr=2218405 UR - https://doi.org/10.1051/ps:2006003 DO - 10.1051/ps:2006003 LA - fr ID - PS_2006__10__76_0 ER -
Del Moral, Pierre; Miclo, Laurent. Dynamiques recuites de type Feynman-Kac : résultats précis et conjectures. ESAIM: Probability and Statistics, Tome 10 (2006), pp. 76-140. doi : 10.1051/ps:2006003. http://www.numdam.org/articles/10.1051/ps:2006003/
[1] Sur les inégalités de Sobolev logarithmiques, Panoramas et Synthèses [Panoramas and Syntheses]. Société Mathématique de France, 10 Paris (2000). With a preface by Dominique Bakry and Michel Ledoux. | Zbl 0982.46026
, , , , , , and ,[2] Matrices and trees, in Economic activity analysis, O. Morgenstern Ed., John Wiley and Sons, Inc., New York (1954) 391-400. | Zbl 0057.12402
and ,[3] Simulated annealing algorithms and Markov chains with rare transitions, in Séminaire de Probabilités, XXXIII, Lect. Notes Math. 1709 (1999) 69-119. | Numdam | Zbl 0944.90053
,[4] The dynamics of mutation-selection algorithms with large population sizes. Ann. Inst. H. Poincaré Probab. Statist. 32 (1996) 455-508. | Numdam | Zbl 0861.60038
,[5] A new genetic algorithm. Ann. Appl. Probab. 6 (1996) 778-817. | Zbl 0860.60017
,[6] Estimation de la densité du recuit simulé. Ann. Inst. H. Poincaré Probab. Statist. 30 (1994) 265-302. | Numdam | Zbl 0802.60092
,[7] On contraction properties of Markov kernels. Probab. Theory Related Fields 126 (2003) 395-420. | Zbl 1030.60060
, and ,[8] On the convergence and applications of generalized simulated annealing. SIAM J. Control Optim. 37 (1999) 1222-1250 (electronic). | Zbl 0928.60046
and ,[9] Branching and interacting particle systems approximations of Feynman-Kac formulae with applications to non-linear filtering, in Séminaire de Probabilités, XXXIV, Lect. Notes Math. 1729 (2000) 1-145. | Numdam | Zbl 0963.60040
and ,[10] Annealed Feynman-Kac models. Comm. Math. Phys. 235 (2003) 191-214. | Zbl 1021.82013
and ,[11] Feynman-Kac formulae. Probability and its Applications (New York). Springer-Verlag, New York (2004). Genealogical and interacting particle systems with applications. | MR 2044973 | Zbl 1130.60003
,[12] On the stability of interacting processes with applications to filtering and genetic algorithms. Ann. Inst. H. Poincaré Probab. Statist. 37 (2001) 155-194. | Numdam | Zbl 0990.60005
and ,[13] On the stability of nonlinear Feynman-Kac semigroups. Ann. Fac. Sci. Toulouse Math. 11 (2002) 135-175. | Numdam | Zbl 1042.60046
and ,[14] Amir Dembo and Ofer Zeitouni, Large deviations techniques and applications, Applications of Mathematics (New York). Springer-Verlag, New York, second edition 38 (1998). | MR 1619036 | Zbl 0896.60013
[15] A weak convergence approach to the theory of large deviations. Wiley Series in Probability and Statistics: Probability and Statistics. John Wiley & Sons Inc., New York (1997). A Wiley-Interscience Publication. | MR 1431744 | Zbl 0904.60001
and ,[16] Random perturbations of dynamical systems, Grundlehren der Mathematischen Wissenschaften [Fundamental Principles of Mathematical Sciences]. Springer-Verlag, New York 260 (1984). Translated from the Russian by Joseph Szücs. | MR 1652127 | Zbl 0522.60055
and ,[17] Cooling schedules for optimal annealing. Math. Oper. Res. 13 (1988) 311-329. | Zbl 0652.65050
,[18] Simulated annealing via Sobolev inequalities. Comm. Math. Phys. 115 (1988) 553-569. | Zbl 0643.60092
and ,[19] Lectures on the coupling method1992). A Wiley-Interscience Publication. | MR 1180522 | Zbl 0850.60019
,[20] About relaxation time of finite generalized Metropolis algorithms. Ann. Appl. Probab. 12 (2002) 1492-1515. | Zbl 1012.60065
,[21] Une étude des algorithmes de recuit simulé sous-admissibles. Ann. Fac. Sci. Toulouse Math. 4 (1995) 819-877. | Numdam | Zbl 0857.60071
,[22] Sur les problèmes de sortie discrets inhomogènes. Ann. Appl. Probab. 6 (1996) 1112-1156. | Zbl 0870.60062
,[23] Sur les temps d'occupations des processus de Markov finis inhomogènes à basse température. Stoch. Stoch. Rep. 63 (1998) 65-137. | Zbl 1002.60565
,[24] Une variante de l'inégalité de Cheeger pour les chaînes de Markov finies. ESAIM: Probab. Statist. 2 (1998) 1-21. (electronic). | Numdam | Zbl 0929.60051
,[25] Nonnegative matrices and Markov chains. Springer Series in Statistics. Springer-Verlag, New York, second edition, 1981. | MR 719544 | Zbl 0471.60001
,[26] On the convergence of genetic algorithms - a variational approach. Probab. Theory Related Fields 129 (2004) 113-132. | Zbl 1103.35025
,[27] Cycle decompositions and simulated annealing. SIAM J. Control Optim. 34 (1996) 966-986. | Zbl 0852.60031
,Cité par Sources :