16-可选停止定理


回顾

  • 是概率空间;
  • 是一个滤过;
  • 适应于 ,并且可积。

如果对所有

则称

如果对所有

则称 上鞅

如果对所有

则称 下鞅

今天的目标

  • 停时;
  • 可选停止定理:

例 1. 独立同分布,并且

是鞅。

例 2. 独立同分布,并且

是鞅。

例 3. 考虑有偏的赌徒破产问题:在每一步,赌徒以概率 赢得 1 美元,以概率 损失 1 美元。令 表示赌徒在时刻 钱包中的金额。

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

基本性质

关于期望

  • 如果 是鞅,则对所有

  • 如果 是上鞅,则 关于 单调递减。
  • 如果 是下鞅,则 关于 单调递增。

更多性质

  • 如果 是上鞅,则 是下鞅。
  • 如果 既是上鞅又是下鞅,则它是鞅。
  • 如果 是鞅,则

是非负下鞅。

引理. 如果 是鞅,且 是凸函数,则

是下鞅。

假设 上的有偏随机游走,其中 ,并且

引理.

并定义

是鞅。

停时

假设 是一个滤过。

定义. 停时是一个随机变量

并满足

引理. 下列条件等价:

  1. 对所有

  1. 对所有

  1. 对所有

  1. 对所有

引理. 如果 都是停时,则下列随机时刻也都是停时:

停时

是一个配备滤过 的概率空间,并设

是适应于 的过程。

定义. 是停时。定义停时 处的 -代数为

直观地说, 表示在时刻 可获得的信息。

如果 ,则

随机变量

关于 可测。

是停时。如果

是一个过程,定义停止后的过程

过程 是适应的。如果 可积,则 也可积。

可选停止定理

目标是判断何时有

定理. 是鞅。

  1. 如果 是停时,则 也是鞅。特别地,

  1. 如果 是有界停时,则

特别地,

  1. 如果存在可积随机变量 ,使得对所有

并且 是几乎必然有限的停时,则

  1. 如果 具有有界增量,即存在 ,使得对所有

并且 是满足

的停时,则

赌徒破产问题

赌徒的处境可以用状态空间

上的一条马尔可夫链来建模:

  • :钱包中的初始金额;
  • :赌徒在时刻 的财富;
  • 对每个非吸收状态,

状态 都是吸收态。令 表示赌徒停止的时刻。

定理. 假设

可选停止定理

定理. 是鞅。

  1. 如果 是停时,则 也是鞅。特别地,

  1. 如果 是有界停时,则

因而

  1. 如果存在可积随机变量 ,使得

并且 是几乎必然有限的停时,则

  1. 如果存在 ,使得

并且

可选停止定理

定理. 是上鞅。

  1. 如果 是停时,则 也是上鞅。特别地,

  1. 如果 是有界停时,则

特别地,

  1. 如果存在可积随机变量 ,使得对所有

并且 是几乎必然有限的停时,则

  1. 如果 具有有界增量,即存在 ,使得

并且 ,则

  1. 假设 是非负上鞅。则对任意几乎必然有限的停时

麻省理工学院开放式课程

可选停止定理

定理. 是上鞅。

  1. 如果 是停时,则 也是上鞅。特别地,

  1. 如果 是有界停时,则

特别地,

  1. 如果存在可积随机变量 ,使得对所有

并且 是几乎必然有限的停时,则

  1. 如果 具有有界增量,即存在 ,使得

并且 ,则

  1. 假设 是非负上鞅。则对任意几乎必然有限的停时


文章作者: Gustavo
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