变分法
横截条件(transversality condition)
/ trans-ver-SAL-ih-tee /
自然边界条件处理可上下自由滑动的端。横截条件处理更丰富的情形:一个不固定、却必须落在给定曲线或曲面上的端点——比如路径必须在某条目标线上某处结束,或一艘船须抵达一条移动的海岸线,而确切的登陆点留给优化去选。横截性就是那个额外的方程,可以说,它告诉你最优路径应以什么样的「正确角度」与那个目标相交。
当端点可沿一条约束曲线滑动时,一阶变分中的边界项不再简单地为零;端点的变分反而与约束曲线的斜率相联系。要求总一阶变分为零,便产生一个把 L、dL/dy' 与目标曲线在相交点处斜率联系起来的关系。那个关系就是横截条件。在端点只能纯竖直移动的特例(目标是一条竖直线,即在固定 x 处取自由值)下,它退化回自然边界条件 dL/dy' = 0;横截性是一般的母条件,自然边界条件是它的特例子。
横截性在最优控制以及具有自由终端时间或目标集(而非目标点)的问题中不可或缺——从一点到一个圆的最短路径与该圆垂直相交(弧长的横截条件字面上就是正交性),而到移动边界的最短时间轨迹满足它自己的横截关系。诚实的表述:单凭内部的欧拉-拉格朗日方程从来不能确定一个变分问题;你总需要正确的边界信息,而当端自由或被约束在曲线上时,横截性正是正确提供它的东西。给它贴错标签或遗漏它,是错误「最优」路径的常见来源。
从定点 P 到给定曲线 C 的最短路径以直角终于 C 上:弧长泛函的横截条件恰好就是垂直性。任何以斜角与 C 相交的路径,都可以通过滑动端点而缩短,故不可能是最优。
以横截性所规定的角度与目标曲线相交——对弧长而言,那个角度是直角。
横截性推广的是自然边界条件,而非欧拉-拉格朗日方程。内部方程仍主宰路径的形状;横截性只确定自由端或受曲线约束的端点如何表现。
又称
另见