动态最优化问题一般有三种处理办法:
- 变分法;
- 贝尔曼方程;
- 最优控制理论。
变分法的目标是找到状态变量 的最优时间路径,最优控制理论的目标是找到控制变量 的最优时间路径。
最优控制问题的特殊性质:
- 控制变量的时间路径只需要分段连续性(piecewise continuous);
- 状态变量的时间路径只需要分段可微性(piecewise differentiable)
最优控制的最简单问题可以表达为
根据函数 可知,在初始时间有 和 ,因此只需要选择 就可以得到 ,从而决定 ,接着只需要选择 ,以此类推……因此 称为状态变量的运动方程(equation of motion),或简称为状态方程。
Hamiltonian function
一般地,Hamiltonian function 的定义式为
其中 是一个常数,但 十分罕见且缺乏经济意义,所以将其标准化为 1 更常规,即
其中 称为共态变量(costate variable)或辅助变量(auxiliary variable),用于衡量状态变量的影子价格。
The maximum principle
current-value Hamiltonian function
考虑被积函数含有贴现因子的情形,即
定义 current-value Hamiltonian function 为
其中
此时最大值原理修改为
其中