随机微积分第 3 讲与第 3 次习题课手写讲义
第 3 讲
时间是连续的:
定义。 过程
1.
- 对任意
,增量满足
旁边的图以时间为横轴、
- 不重叠区间上的增量相互独立。
若
则
是相互独立的增量。图中在同一条时间轴上依次标出了
- 样本轨道连续的概率为
:
定义。 关于滤过
3′. 对任意
也就是说,未来增量独立于当前信息。图中在时刻
例。 计算
并把下列概率用标准正态分布
以及
页末图画出一条从
先写成
于是
图中把
对条件方差,
这里“未来值=过去值+增量”。第二个条件方差为
所以其方差为
一般地,如果随机变量
再看无条件分布。由于
其中
而且二者独立。因此
页中还写出了
以及
由分布关于
从而
页末给出正态密度的示意图。若
则图中密度以
相应地,
以及
现在求
图中在时间轴上标出
分解为
给定
条件方差为
因为两个增量相互独立。因此
作为对照,无条件分布是
一般地,若
则标准化得到
也就是把随机变量变为
因此,
其中
所求概率也可写成
或
方框旁写着:“考试做到这里即可。”其中
页中还写出用于计算的 Python 导入语句:
from scipy.stats import norm
from numpy import sqrt
定义。 连续时间过程
例。 设
(a)
(b)过程
是鞅吗?——它是鞅。
对(a),图中在时间轴上标出
与
然后
其中
对(b),
令增量
图中用两个相邻的半圆表示过去区间与区间
这里
而且
第 3 次习题课
例。 图中画出从
问题:
(a)求
页上预先写出了候选结果
(b)求
提示:假设可以使用 Doob 定理。
若
这里使用两个鞅:
由停时定理,
令
那么
即
所以
再利用
有
从而
因此
“ABRACADABRA”问题
字母表包含 26 个字母
目标是求
为了使用 Doob 定理,设想开一家赌场。规则如下:
- 每位玩家带着
美元入场; - 玩家应把自己的全部财富押在下一个按键上;
- 下注顺序是
,也就是单词 “ABRACADABRA” 的字母顺序; - 如果猜对,赌注乘以
; - 如果猜错,财富变为
。
用
表示第
一次下注后,
两次下注后,图中列出财富为
这里
所以每个玩家的财富过程都是鞅。
定义赌场中所有玩家的总财富
页上注明:
但
是鞅。因此,若可应用停时定理,
所以
图中把各玩家的下注字母按列排列,并在最终出现
时标出三个仍有财富的匹配:完整单词、后缀 “ABRA” 和空匹配。相应财富分别标为
因此原页写出
并得到
例。 设
问题与计算如下。
(a)
(b)
(c)求
(d)
首先,
其均值为
因为
方差计算为
其中
同理
并且
这里增量
作为 Wiener 过程协方差的例子,页末写出
以及
一般地,
图中用时间轴分别示意
对 $0
图中还画出取倒数后的时间顺序
对联合正态随机变量,
定理。 若
也是 Wiener 过程。这称为时间反演。
例。 计算
页中画了两幅路径图:上图为
由
可得
检查题 3(原稿标注:“第 66 页,N3”)
图中画出一个离散随机游走:当前位置为
定义
是否为鞅?
计算为
所以
(b)考虑
求使其成为鞅的
即
写成
并把三部分分别标为“未来值=当前值+增量”。令
则
所以
而
条件等式展开为
等价地,直接按三种转移写成
因此页末留下方程
由上一页方程得到
所以
是鞅。
(c)求
以及
由
令
则
即
于是
再由
因此
旁边写着:“请自己解出来。”
N2
设
(a)
并且
其中
且
(b)开始计算
由
由于
页末再次写出时间反演过程:
令
由时间反演关系,
特别地,
以及
页右上写出:若
继续上一页的条件期望。用星号
因此
页中插入了一个离散例子说明条件于
因此
而
旁边写着
接着计算条件方差:
仍令
则
原页把它继续展开为条件二阶矩减去条件均值的平方:
交叉项满足
因为
对于第一项,
页底引用了鞅
并写出
由上一页最后的等式,
同样,由
页上最后还写有
这里右端 Wiener 变量的下标在原稿中看起来写作