Deterministic Mean Field Games with Jumps - Thèses de l'INSA Lyon
Thèse Année : 2024

Deterministic Mean Field Games with Jumps

Jeux à champ moyen déterministes avec sauts

Résumé

This thesis focuses on the study of deterministic Mean Field Games with jumps. The motivation for this problem is the modeling of the dynamics of inhabitants in a city where agents move from one place to another. Thus, the strategies of the players are piecewise constant curves on which they optimize a cost that depends on the number of jumps, a term dependent on the density in a variational way, a term dependent on the density in a non-variational way, and a final time cost. The manuscript begins with an introduction to Mean Field Game theory and presents a new existence result of a fixed point for the mixed problem (a problem with both a variational and a non-variational term), thanks to Kakutani’s theorem. We then provide an Eulerian formulation of the previous problem, which is in Lagrangian form, thanks to a property of optimal transport when the cost is the trivial distance. The existence of a fixed point in the Eulerian formulation can even be achieved using Banach’s fixed-point theorem. We then show that the fixed point obtained as an optimizer of a variational problem is actually a Nash equilibrium, which requires using regularity results of the solution. Regularity is studied through the Eulerian formulation which reveals an L1 norm in the density velocity. We obtain a Lipschitz regularity in time with values in L2(Omega). Under Dirichlet conditions in time, the solution has the same spatial regularity as the data. In a numerical section, the solution is approximated using non-smooth optimization algorithms (fast dual proximal gradient method). The last chapter presents two applications of the deterministic mean field games model with jumps in the case of multiple populations.
Cette thèse porte sur l’étude des jeux à champ moyen déterministes avec sauts. La motivation de ce problème est la modélisation de la dynamique des habitants dans une ville où les agents déménagent d’un endroit à un autre. Ainsi, les stratégies des joueurs sont des courbes constantes par morceaux sur lesquelles ils optimisent un coût dépendant du nombre de sauts, d’un terme dépendant de la densité de façon variationnelle, d’un terme dépendant de la densité de façon non-variationnelle et d’un coût en temps final. Le manuscrit commence par une introduction à la théorie des jeux à champs moyen et présente un résultat nouveau d’existence d’un point fixe pour le problème mixte (problème avec un terme variationnel et un autre non-variationnel), grâce au théorème de Kakutani. Nous donnons ensuite une formulation Eulérienne du problème précédent qui est sous forme Lagrangienne, grâce à une propriété du transport optimal lorsque le coût est la distance triviale. L’existence d’un point fixe dans la formulation Eulérienne peut même se faire par le théorème de point fixe de Banach. Nous montrons ensuite que le point fixe obtenu comme un optimiseur d’un problème variationnel est en fait un équilibre de Nash, ce qui demande à utiliser des résultats de régularité de la solution. La régularité est étudiée grâce à la formulation Eulérienne qui fait apparaître une norme L1 dans la vitesse de la densité. Nous obtenons une régularité Lipschitz en temps à valeurs dans L2(Omega). Sous des conditions de Dirichlet en temps, la solution a la même régularité en espace que les données. Dans une partie numérique, la solution est approximée en utilisant des algorithmes d’optimisation nonlisses (méthode de gradient proximal dual rapide). Le dernier chapitre est une présentation de deux applications du modèle de jeux à champ moyen déterministes avec sauts dans le cas à plusieurs populations.
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Dates et versions

tel-04805842 , version 1 (26-11-2024)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04805842 , version 1

Citer

Annette Dumas. Deterministic Mean Field Games with Jumps. Mathematics [math]. Lyon 1, 2024. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04805842⟩
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