当前位置: 首页 > news >正文

随机过程 | 鞅论 Doob下鞅分解定理

2026-08-08 18:59:39 星期六
好焦虑,怎么又要开学了。开个新笔记假装督促一下自己(❁´◡`❁)

1.1 下鞅分解定理

\((\Omega, \mathcal{F}, P)\) 为概率空间,指标集 \(T = \mathbb{Z}_+\)\(\mathbb{R}_+\)

Def 1.1.1 \(\{\mathcal{F}_t\}_{t \in T}\)\(\mathcal{F}_t \subset \mathcal{F}\) 为子 \(\sigma\)-代数,如果 \(\forall s \leq t\)\(\mathcal{F}_s \subset \mathcal{F}_t\),则 \(\{\mathcal{F}_t\}\) 为流.

Def 1.1.2 \(\{X_t\}_{t \in T}\),若 \(\forall t \in T\), \(X_t \in \mathcal{F}_t\),则 \(\{X_t\}_{t \in T}\) 关于 \(\{\mathcal{F}_t\}_{t \in T}\) 适应.

Def 1.1.3 考虑 \(\{X_t, \mathcal{F}_t\}_{t \in T}\),若满足:

\(X_t \in \mathcal{F}_t\) \(\quad \forall t \in T\)
\(E|X_t| < +\infty\)
\(\forall s \leq t\) \(E(X_t | \mathcal{F}_s) = X_s\) a.s.

\(\{X_t, \mathcal{F}_t\}_{t \in T}\) 为鞅。若 \(E(X_t | \mathcal{F}_s) \leq X_s\),则为上鞅; \(E(X_t | \mathcal{F}_s) \geq X_s\) 下鞅.

Remark 1.1.4 \(E[E(X_t | \mathcal{F}_s)] = EX_t = EX_s\),说明期望都相等.

Prop 1.1.5\(\{X_t\}, \{Y_t\}\) 关于 \(\{\mathcal{F}_t\}_{t \in T}\) 是上鞅,则有:

(1) \(EX_t\) 非增
(2) \(\{-X_t, \mathcal{F}_t\}_{t \in T}\) 为下鞅
(3) \(\forall a,b > 0\)\(\{aX_t + bY_t\}_{t \in T}\) 为上鞅
(4) \(\{X_t \wedge Y_t\}_{t \in T}\) 为上鞅.

Pf. (1) \(E[X_t | \mathcal{F}_s] \leq X_s\) \(\Rightarrow\) \(EX_t \leq EX_s\)

(2) \(\forall s \leq t\), \(E[-X_t | \mathcal{F}_s] = -E[X_t | \mathcal{F}_s] \geq -X_s\)

(3) \(\forall s \leq t\), \(E[aX_t + bY_t | \mathcal{F}_s] = aE[X_t | \mathcal{F}_s] + bE[Y_t | \mathcal{F}_s] \leq aX_s + bY_s\)

(4) \(\forall s \leq t\) \(E[X_t \wedge Y_t | \mathcal{F}_s] \leq E[X_t | \mathcal{F}_s] \leq X_s\)
\(E[X_t \wedge Y_t | \mathcal{F}_s] \leq E[Y_t | \mathcal{F}_s] \leq Y_s\)
\(\Rightarrow\) \(E[X_t \wedge Y_t | \mathcal{F}_s] \leq X_s \wedge Y_s\) a.s.

Prop 1.1.6\(\{X_t, \mathcal{F}_t\}_{t \in T}\) 为鞅,\(\varphi\) 为凸函数,\(E|\varphi(X_t)| < +\infty\), \(\forall t \in T\),则 \(\{\varphi(X_t), \mathcal{F}_t\}\) 为下鞅。

  1. \(\{X_t, \mathcal{F}_t\}_{t \in T}\) 为下鞅,\(\varphi\) 为单增凸函数,\(\varphi(X_t) \in L^1(P)\)\(\{\varphi(X_t), \mathcal{F}_t\}\) 下鞅。

Pf. 1 \(\forall s \leq t\) \(E[\varphi(X_t) | \mathcal{F}_s] \geq \varphi(E[X_t | \mathcal{F}_s]) = \varphi(X_s)\)

而且 \(\varphi(X_t)\) 关于 \(\mathcal{F}_t\) 可测,\(E[\varphi(X_t)] < +\infty\).

  1. \(\varphi(X_t) \in \mathcal{F}_t\), \(E|\varphi(t)| < +\infty\)(因为 \(\varphi(X_t) \in L^1(P)\)
    \(E[\varphi(X_t) | \mathcal{F}_s] \geq \varphi(E[X_t | \mathcal{F}_s]) \geq \varphi(X_s)\)

Example 1.1.7 1. \(X \in L^1(\Omega, \mathcal{F}, P)\) \(\{\mathcal{F}_t\}_{t \in T}\)\(\sigma\)-代数流,令 \(Y_t = E(X | \mathcal{F}_t)\),则 \(\forall s < t\)
\(E[Y_t | \mathcal{F}_s] = E[E(X | \mathcal{F}_t) | \mathcal{F}_s] = E(X | \mathcal{F}_s) = Y_s\) a.s.

  1. \(X_n = X_0 + \sum_{i=1}^n Y_i\)\(Y_i = \begin{cases} 1 & p=1/2 \\ -1 & p=1/2 \end{cases}\)\(E|X_0| < +\infty\)\(\mathcal{F}_n = \sigma(X_0, X_1, \cdots, Y_n)\)\(\forall m \leq n\)\(Y_i\) 独立同分布

\(E(X_n | \mathcal{F}_m) = E(X_0 + \sum_{i=1}^m Y_i + \sum_{i=m+1}^n Y_i | \mathcal{F}_m) = X_0 + \sum_{i=1}^m Y_i + \sum_{k=m+1}^n E(Y_k | \mathcal{F}_m) = X_0 + \sum_{i=1}^m Y_i = X_m\)

\(\{X_n, \mathcal{F}_n\}_{n=1}^{\infty}\) 为鞅。

Thm 1.1.8(Doob 下鞅分解定理)\(\{X_n, \mathcal{F}_n\}_{n=1}^{\infty}\) 为下鞅,则存在唯一的 \(\{M_n\}_{n=1}^{\infty}\), \(\{A_n\}_{n=1}^{\infty}\) 满足:

  1. \(X_n = M_n + A_n\)
  2. \(\{M_n, \mathcal{F}_n\}_{n \geq 1}\) 是鞅
  3. \(A_1 = 0\)\(A_n \in \mathcal{F}_{n-1}\)\(A_n\) 单增(因此 \(A_n \geq 0\)).

Pf. 我们先设有这样的分解 \(X_n = M_n + A_n\)。则

\[\begin{aligned} X_n - X_{n-1} &= (M_n - M_{n-1}) + (A_n - A_{n-1}) \\ E(X_n - X_{n-1} | \mathcal{F}_{n-1}) &= 0 + A_n - A_{n-1} \\ E(X_n | \mathcal{F}_{n-1}) - X_{n-1} &= A_n - A_{n-1} \\ \Rightarrow A_n &= \sum_{i=2}^n [E(X_i | \mathcal{F}_{i-1}) - X_{i-1}] \end{aligned} \]

定义 \(M_n = X_n - A_n\),下证 \(\{M_n, \mathcal{F}_n\}_{n=1}^{\infty}\) 为鞅:

  1. \(M_n \in \mathcal{F}_n\)\(\forall n\)\(X_n \in \mathcal{F}_n\)\(A_n \in \mathcal{F}_{n-1} \subset \mathcal{F}_n\) \(\Rightarrow\) \(M_n \in \mathcal{F}_n\)

  2. \(E|M_n| < +\infty\)\(E|M_n| \leq E|X_n| < +\infty\)

  3. \(E(M_n | \mathcal{F}_{n-1}) = E(X_n | \mathcal{F}_{n-1}) - E(A_n | \mathcal{F}_{n-1}) = X_{n-1} - A_{n-1} = M_{n-1}\)

最后证唯一性:设 \(\{A_n'\}_{n=1}^{\infty}\)\(\{M_n'\}_{n=1}^{\infty}\) 也满足 \(X_n = M_n' + A_n'\)

\[\begin{aligned} M_n - M_n' &= A_n' - A_n \quad (1)\\ \Rightarrow E(M_n - M_n' | \mathcal{F}_{n-1}) &= E(A_n' - A_n | \mathcal{F}_{n-1}) \\ M_{n-1} - M_{n-1}' &= A_n' - A_n \quad (2) \end{aligned} \]

在(1)中令 \(n=1\),有 \(M_1 = M_1'\);在(2)中,令 \(n=2\)\(\Rightarrow A_2' = A_2\),以此类推,有唯一性。\(\square\)


Def 1.1.9(一致可积) 称一族随机变量 \(\{X_t\}_{t \in T}\) 一致可积,若

\[\lim_{\lambda \to +\infty} \sup_{t \in T} \int_{\{|X_t| \geq \lambda\}} |X_t| dP = 0 \]

Remark 1.1.10 由 Def 1.1.9 可知,

\[E|X_t| = \int_{|X_t| \geq \lambda} |X_t| dP + \int_{|X_t| \leq \lambda} |X_t| dP \leq \lambda + \int_{|X_t| \geq \lambda} |X_t| dP \leq \lambda + 1 \]

Prop 1.1.11 \(\{X_t\}\) 一致可积 \(\Leftrightarrow\) 成立:

  1. \(\{X_t\}_{t \in T}\)\(L^1(\Omega, \mathcal{F}, P)\) 中有界
  2. \(\forall \varepsilon > 0\)\(\exists \delta > 0\)\(\forall A \in \mathcal{F}\),若 \(P(A) < \delta\)\(\int_A |X_t| dP < \varepsilon\)
http://www.jsqmd.com/news/1354627/

相关文章:

  • 【MySQL备份恢复】MySQL逻辑备份
  • 2026年合肥做双眼皮哪个医生好?专业选择指南 - 贰拾壹度
  • REPENTOGON终极指南:解锁《以撒的结合》完整Mod开发潜力
  • 终极LightGBM GPU加速指南:如何让机器学习训练速度提升100倍[特殊字符]
  • 终极指南:快速解锁《以撒的结合》全新功能体验
  • 深度解析Windows界面优化:ExplorerPatcher实战指南
  • 2026 北京地下室防渗外墙防水翻新修缮公司实测对比** - 城刊速递
  • 霞鹜文楷:5分钟让你的设备字体焕然一新的开源神器
  • 如何优雅地搭建私有化微信公众号RSS订阅系统
  • 如何快速使用Inochi Creator:开源2D角色动画编辑器的完整指南
  • 楼长修楼:青岛防水企业标准的践行者与核心编制单位 - 青岛防水品牌推荐
  • 青岛厨卫防水施工规范:业主自己也能看懂的验收标准手册 - 青岛防水品牌推荐
  • 终极指南:5分钟快速上手ComfyUI-LTXVideo AI视频生成插件
  • Windows 11任务栏崩溃终极修复指南:ExplorerPatcher兼容性深度解析与专业级解决方案
  • 阴阳师自动化脚本OAS:解放双手的智能游戏助手完整指南
  • 如何在3天内从零开始掌握SerenityOS:复古操作系统的终极入门指南 [特殊字符]
  • JeecgBoot企业级低代码平台深度解析:架构设计与性能优化实战
  • 终极指南:如何用C开发VRChat互动世界?5个UdonSharp核心技巧
  • RedisInsight终极指南:3步搞定Redis数据库可视化管理的完整教程
  • 终极Windows界面定制指南:用ExplorerPatcher轻松改造任务栏和开始菜单
  • IPFS Desktop完整指南:三步实现零门槛分布式存储
  • B站视频解析工具技术深度解析:架构设计与API集成实战
  • 在线pdf拆分工具怎么选?7款免费无水印与隐私安全解决方案实测盘点 - 软件小管家
  • 免费开源摄影后期神器:darktable完整入门指南
  • 终极无头CMS解决方案:5分钟快速搭建企业级内容管理系统
  • 终极django-vue3-admin入门教程:从安装到部署的完整步骤
  • 3分钟搞定Axure中文界面:告别英文困扰,专注原型设计
  • 免费LLM API资源深度解析与技术选型指南
  • Pylogix与PLC时钟同步:GetPLCTime和SetPLCTime函数详解
  • melonDS开源模拟器终极指南:快速上手任天堂DS游戏模拟