15-鞅导论


参加考试的学生总数为 人:

  • 人的成绩在 ;
  • 人的成绩在 ;
  • 人的成绩在 ;
  • 人的成绩在 ;
  • 人的成绩在 。

今天的目标

  • 概率空间;
  • 条件期望;
  • 鞅导论。

概率空间

定义

设 是一个集合。若 的子集族 满足:

  • ;
  • 若 ,则 ;
  • 若 ,则

则称 是 上的一个 -代数。

二元组 称为一个可测空间。

定义

设 是可测空间。映射

称为概率测度,如果:

  • ,;
  • 它具有可列可加性:若 是 中两两不相交的集合序列,则

概率空间

是一个概率空间,其中:

  • :状态空间;
  • :-代数;
  • :概率测度。

条件期望——动机

  • 是一个概率空间;
  • 是两个随机变量。

初等条件概率为

初等条件期望为

怎样定义

呢?它应满足:

  • 关于 可测;
  • 对每个 ,

条件期望

设:

  • 是概率空间;
  • 是该概率空间上的随机变量,且

  • 是一个子 -代数。

那么存在随机变量 ,使得:

  • 是 -可测的,并且

  • 对任意 ,都有

此外,若 也满足上述两个性质,则

几乎处处成立

满足上述两个性质的随机变量 称为给定 时 的条件期望,记作

注

  • 若 ,则

  • 若 是 -可测的,则

  • 若 ,则

条件期望——基本性质

设 是概率空间,并且:

  • 是该概率空间上属于 的随机变量;
  • 是子 -代数。

那么有下列性质。

  • **线性性。**对常数 ,

  • **正性。**若 几乎处处成立,则

几乎处处成立

  • **单调收敛。**若 几乎处处成立,则

几乎处处成立

  • **Fatou 引理。**若 ,则

几乎处处成立

  • **控制收敛。**若 、,并且 几乎处处成立,则

几乎处处成立

  • **Jensen 不等式。**若 是凸函数,且

则

条件期望——基本性质

继续设 是概率空间,,并且 是子 -代数。

  • **塔式性质。**若 是 的子 -代数,则

几乎处处成立

  • **提出已知量。**若 是有界的 -可测随机变量,则

几乎处处成立

  • **独立性。**若 与 独立,则

几乎处处成立

特别地,若 与 独立,则

几乎处处成立

条件期望——例子

设 是独立同分布随机变量,其共同分布与 相同,并且

令

并定义

问题:

答案:

鞅

设 是概率空间。

滤过 是 的一族递增子 -代数。

若随机变量序列

对 适应,即对每个 , 都关于 可测,则称 适应于该滤过。

给定随机变量序列 ,与它相伴的自然滤过定义为

若每个 都可积,则称 可积。

定义

设 是一个可积过程。

  • 若对所有 ,

几乎处处成立

则 是一个鞅。

  • 若对所有 ,

几乎处处成立

则 是一个上鞅。

  • 若对所有 ,

几乎处处成立

则 是一个下鞅。

例子

例 1

设 独立同分布,并且

则

是一个鞅。

例 2

设 独立同分布,并且

则

是一个鞅。

例 3

考虑有偏的赌徒破产模型:每一步中,赌徒以概率 赢得一美元,以概率 损失一美元。令 表示时刻 钱包中的金额。

  • 若 ,则 是鞅;
  • 若 ,则 是上鞅;
  • 若 ,则 是下鞅。

2015 年春季


文章作者: Gustavo
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