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伊藤引理

伊藤引理

在随机分析中,伊藤引理(Ito's lemma)是一条非常重要的性质。发现者为日本数学家伊藤清,他指出了对于一个随机过程的函式作微分的规则。

基本介绍

  • 中文名:伊藤引理
  • 外文名:Itō's lemma
  • 发现者:伊藤清
  • 地区:日本

伊藤引理较早版本

第一引理

设布朗运动
以及二次可导函式
,以下等式成立:
其主要可通过对多项式环到形式幂级数的拓展,例如:

第二引理

设布朗运动
以及二次可导函式
,以下等式成立:

第三引理

定义伊藤过程 又称扩散过程
有以下特性:

到半鞅的拓展

连续半鞅


不连续半鞅

泊松过程

我们也可以定义非连续随机过程的函式。
定义跳跃强度h,根据跳跃的泊松过程模型,在区间
上出现一次跳跃的机率是
加上
的高阶无穷小量。h可以是常数、显含时间的确定性函式,或者是随机过程。在区间[0,t]上没有跳跃的机率称为生存机率
,其变化是:
因此生存机率为:
定义非连续随机过程S(t),并把
记为从左侧到达''t''时''S''的值,记
是一次跳跃导致S(t)的非无穷小变化。有:
是跳跃幅度''z''的[[机率分布]],跳跃幅度的期望值是:
定义补偿过程和[[鞅]]
:
因此跳跃的非无穷小变化,也就是随机过程的跳跃部分可以写为
因此如果随机过程S同时包含漂移、扩散、跳跃三部分,可以写为:
考虑其函式
。S(t)跳跃
的幅度,会导致g(t)跳跃
幅度。取决于
的跳跃分布
,有可能依赖于跳跃前的函式值
,函式微分''dg''以及跳跃前的自变数值
的跳跃部分是:
函式
的伊藤引理是:
可以看到,漂移-扩散过程与跳跃过程之和的伊藤引理,恰恰是各自部分伊藤引理的和。

套用

伊藤引理是研究随机过程和解随机微分方程的重要特性,在金融数学里有广泛的套用。例如布莱克-斯科尔斯模型

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