伊藤、维纳、布朗桥过程

  1. 随机微分方程

随机微分方程(Stochastic differential equation,SDE)是一种用来描述具有随机行为的系统的数学工具。它在很多领域有广泛的应用,如金融工程、物理学、生态学、生物学等。

随机微分方程包括两个部分:确定性部分和随机部分。其中,确定性部分通常是一个普通的微分方程,而随机部分则是一个描述随机过程的项。SDE的一般形式为

dX(t) = a(X(t), t)dt + b(X(t), t)dW(t)

其中,X(t)表示系统在时间t的状态,a(X(t), t)表示确定性部分,b(X(t), t)表示随机部分dW(t)表示Wiener过程(也叫布朗运动)的微小增量,具有随机性

  1. 随机过程

随机过程是指一类随时间变化的随机变量序列,也可以理解为描述随机现象演化的数学模型。在随机过程中,每个时间点的值都是随机的,因此它与确定性过程形成鲜明的对比。

随机过程通常可以用一个数学函数族来描述,其中每个函数都是时间的函数,表示随机过程在不同时间的取值。

随机过程的种类非常丰富,例如布朗运动、泊松过程、马尔科夫链等

  1. 扩散过程

扩散过程是一种随机过程,它描述了随机游走的运动,也被称为布朗运动。在扩散过程中,物质的运动由于受到随机因素的影响而呈现出无规律的运动趋势,因此也被称为无规则扩散。

扩散过程中的随机游走由一系列随机增量组成,这些增量是独立的、随机的,并且遵循一定的概率分布。在时间的短期内,随机游走的运动是随机的,而在时间的长期极限下,随机游走的平均值和方差是有限的。因此,扩散过程是一种具有“平稳性”的随机过程。

  1. 扩散过程的公式

扩散过程通常用随机微分方程来描述,其中最常见的扩散过程就是布朗运动。布朗运动的数学描述如下:

dXt = μ dt + σ dWt​

其中 Xt 表示在时间 t 时刻的位置,μ 表示漂移系数,σ 表示扩散系数,Wt 是维纳过程,满足 W0=0,Wt 的增量 dWt 是独立的、随机的,并且满足正态分布 N(0, dt)。布朗运动的特点是在短时间内均值和方差都随机波动,但长时间下均值和方差均趋于无穷大

除了布朗运动,还有许多其他类型的扩散过程,它们的随机微分方程可能有所不同。例如, Ornstein-Uhlenbeck 过程的随机微分方程如下:

dXt = −θ ( Xt−μ ) dt + σ dWt​

其中 θ 是回复系数,μ 是平均值。

  1. 反向SDE怎么计算出来的

反向随机微分方程(Reverse SDE)可以通过利用解析解和随机积分的性质计算得到。假设我们有一个正向随机微分方程(Forward SDE):

dXt = f(Xt) dt + g(Xt) dWt​

其中,dWt 是标准布朗运动增量,即高斯白噪声

反向随机微分方程的解析解可以表示为:

Yt​=Y0​+∫tT​f′(Ys​)ds+∫tT​g′(Ys​)dWs​

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