diff --git a/konspect.tex b/konspect.tex index 9ae9483..ac89c75 100644 --- a/konspect.tex +++ b/konspect.tex @@ -114,5 +114,7 @@ \subfile{mathstat/mathstat} \subfile{stoproc/stoproc} + + \subfile{stoanalysis/stochastic_analysis} \end{document} diff --git a/stoanalysis/lection1.tex b/stoanalysis/lection1.tex new file mode 100644 index 0000000..fc9f25a --- /dev/null +++ b/stoanalysis/lection1.tex @@ -0,0 +1,173 @@ +\section{Условное математическое ожидание относительно $\sigma$-алгебры и его свойства} + +На данный момент мы знаем, что такое +\[ + M(\eta | \xi) \equiv M(\eta | \xi = x) |_{x = \xi} + = \int\limits_{-\infty}^{+\infty} y p_{\eta} (y | \xi = x) \, dy |_{x = \xi} + = \int\limits_{-\infty}^{+\infty} y \dfrac{p_{\xi\eta} (x, y)}{p_\xi (x)} \, dy, +\] +где $p_{\xi\eta} (x, y)$ -- известная плотность. + +\paragraph{Гауссовский случай.} +Если $(\xi, \eta)$ -- гауссовский вектор, то: +\[ + \hat{\eta} = M(\eta | \xi) = \phi(\xi) = M\eta + \dfrac{\cov(\xi, \eta)}{D\xi} (\xi-M\xi), \quad + \Delta = M(\eta - M(\eta|\xi))^2 = D\eta (1 - r_{\xi\eta}^2). +\] + +\paragraph{Многомерный гауссовский случай} +Пусть $(\bar{\xi}, \bar{\eta})$ -- гаусс., тогда: +\[ + \hat{\bar{\eta}} = M(\bar{\eta} | \bar{\xi}) = M\bar{\eta} + \Sigma_{\bar{\eta} \bar{\xi}} \Sigma_{\bar{\xi}}^{-1} (\bar{\xi} - M\bar{\xi}), \quad + \Delta = M(\bar{\eta} - M(\bar{\eta} | \bar{\xi}))(\bar{\eta} - M(\bar{\eta} | \bar{\xi}))^T + = \dots = \Sigma_{\bar{\eta}} - \Sigma_{\bar{\eta}\bar{\xi}} \Sigma_{\bar{\xi}}^{-1} \Sigma_{\bar{\xi} \bar{\eta}}. +\] + +\begin{ex}\label{ex-bernoulli-with-random-parameter} + $\xi \sim R(0, 1)$, $\eta$ -- число опытов с вероятностью успеха $\xi$, $\eta \sim Bernoulli(\xi)$, + тогда + \[ + P(\eta = j | \xi = x) = C_n^j x^j (1-x)^{n-j} + \Rightarrow + P(\eta = j | \xi) = C_n^j \xi^j (1-\xi)^{n-j}, + \] + % Причём интуитивно хотелось бы, чтобы $M(\eta | \xi = x) = n\cdot x$. + % И тогда получим, что $M(\eta | \xi) = n \xi$. + + Хочется, чтобы $M\eta = MM(\eta | \xi)$. +\end{ex} + + +\begin{definition}[УМО относительно СВ] + Пусть $\xi$ -- простая случайная величина, принимающая конечное множество значений: + $\xi(\omega) = \sum_{j=1}^k x_j I_{D_j}(\omega)$, где + $\mathcal{D} = \left\{ D_j \right\} $ -- конечное разбиение пространства элементарных + исходов ($\sum_j D_j = \Omega$). + + Тогда случайная величина $P(A | \xi) \equiv \sum_{j=1}^k P(A|D_j) I_{D_j}$. + + Заметим, что: + \begin{enumerate} + \item $\mathcal{D} = \Omega \Rightarrow P(A | \mathcal{D}) = P(A | \Omega) I_\Omega = P(A)$; + \item $MP(A | \mathcal{D}) = \sum_{j=1}^k P(A | D_j) M(I_{D_j}) = + \sum_{j=1}^k P(A|D_j) P(D_j) = P(A)$ -- это свойство мы будем пытаться сохранить и + при определении МО относительно сигма-алгебры; + % \item + \end{enumerate} +\end{definition} + +% Согласно второму свойству, в примере \ref{ex-bernoulli-with-random-parameter} теперь несложно +% получить, что + +\begin{definition}[УМО относительно разбиения] + Пусть $\mathcal{D} = \left\{ D_j \right\} $ -- конечное разбиение пространства элементарных + исходов ($\sum_j D_j = \Omega$). + % TODO дописать определение +\end{definition} + +\begin{definition}[УМО относительно конечной алгебры] + Пусть $\mathcal{A}$ -- конечная алгебра. Тогда, согласно теореме из курса функана, + она порождается конечным разбиением $\mathcal{D}$, тогда + % TODO дописать определение +\end{definition} + +\begin{definition} + Пусть теперь $\xi$ и $\eta$ -- простые случайные величины: + $\xi = \sum_j x_j I_{D_j}$, $\eta = \sum_i y_i I_{A_i}$. + Тогда УМО: + \begin{multline*} + M(\eta | \xi) = \sum_j \sum_i y_i P(A_i | D_j) I_{D_j} = + \sum_j \sum_i y_i M(I_{A_i} | D_j) I_{D_j} = + \sum_j M \left( \sum_i y_i I_{A_i} | D_j \right) I_{D_j} = \\ + = \sum_j M(\eta | D_j) I_{D_j}. + \end{multline*} +\end{definition} + +\paragraph{Свойства.} +\begin{enumerate} + \item Линейность: + \[ + M(\alpha_1 \eta_1 + \alpha_2 \eta_2 | \mathcal{A}) = + \alpha_1 M(\eta_1 | \mathcal{A}) + \alpha_2 M(\eta_2 | \mathcal{A}); + \] + + \item $M(C | \mathcal{A}) = C$, $C$ -- константа; + + \item $MM(\eta | \mathcal{A}) = M\eta$ + \begin{proof} + Пусть $\mathcal{A}$ порождена разбиением $\mathcal{D} = D_1 + D_2 + \dots + D_k$, тогда: + \[ + MM(\eta | \mathcal{A}) = M \sum_i y_i P(\eta = y_i | \mathcal{A}) = + % TODO дописать док-во + \] + \end{proof} + + \item \begin{definition} + СВ $\eta$ измериме относительно $(\mathcal{D}, \mathcal{A}, \xi)$, если + $A_{\eta} \subseteq \mathcal{A}$ или $A_\eta \subseteq A_\xi$. + \end{definition} + + Тогда $M(\eta | \mathcal{A})$ измеримо относительно $\mathcal{A}$: + $M(\eta | \mathcal{A}) = \sum M(\eta | D_j) I_{D_j}$. + + \item Если $\zeta$ измерима относительно $\mathcal{A}$, то $M(\eta \zeta | \mathcal{A}) = \zeta M(\eta | \mathcal{A})$. + \begin{proof} + $\xi = \sum_j x_j I_{D_j}$, $\zeta = \sum_s z_s I_{D_s}$, $\eta = \sum_i y_i I_{A_i}$. + + Тогда левая часть: + \begin{multline*} + M(\eta\zeta | \mathcal{A}) = M \left( \sum_i \sum_s y_i z_s I_{A_i D_s} | \mathcal{A} \right) + = \sum_i \sum_s y_i z_s M \left( I_{A_i D_s} | \mathcal{A} \right) = \\ + = \sum_i \sum_s y_i z_s M \left( \sum_j M(I_{A_i D_s} | D_j) I_{D_j} \right) + = \sum_i \sum_s y_i z_s P(A_i | D_s) I_{D_s}. + \end{multline*} + + Правая часть: + \[ + \zeta M(\eta | \mathcal{A}) = \sum_s z_s I_{D_s} \sum_i y_i \sum_j P(A_i | D_j) I_{D_j} + = \sum_s z_s I_{D_s} \sum_i y_i P(A_i | D_s). + \] + \end{proof} + + \item $\mathcal{A}_1 \subseteq \mathcal{A}_2 \Rightarrow M(\eta | \mathcal{A}_1) = M( M(\eta | \mathcal{A}_2) | \mathcal{A}_1)$; + + \item Если $\eta$ не зависит от $\xi$ (от $\mathcal{A}$), то $M(\eta | \mathcal{A}) = M\eta$. +\end{enumerate} + +\begin{theorem}[Радона-Никодима]\label{theorem-radon-nikodim} + Для множества, системы подмножеств и меры $(X, \mathcal{A}, \mu)$ назовём \emph{зарядом} + некоторый интеграл $\Phi(B) = \int_B f(x) \mu(dx)$ (можно мыслить себе как новую меру). + + Если $(\mu(B) = 0 \Rightarrow \Phi(B) = 0)$ ($\Phi$ непрерывна относительно меры $\mu$), + то $\exists \tilde f$: + + $\Phi(B) = \int_B \tilde f(x) dx$, где $\tilde f$ -- измеримая относительно меры $\mu$. + + $\tilde f$ также называют производной Радона-Никодима. +\end{theorem} + +\begin{definition}[Общее определение УМО] + Для вероятностного пространства $(\Omega, \mathcal{A}, P)$, + $\Phi(B) = \int_B \eta(\omega) P(d\omega)$, причем имеет место $(P(B) = 0 \Rightarrow \Phi(B) = 0), $ тогда по теореме \ref{theorem-radon-nikodim} существует $\hat{\eta}$ -- измеримая относительно $\mathcal{A}$: + $\hat{\eta} (\omega) \equiv M(\eta | \xi)$ +\end{definition} + +\begin{ex} + Если $\xi$ и $\eta$ -- простые СВ, то + $\forall t $: + \[ + \Phi(D_t) = \int_{D_t} \eta(\omega) P(d\omega) = \sum_i y_i P(A_i D_t). + \] + + с другой стороны, + \[ + \int_{D_t} M(\eta | \xi) P(d\omega) = \int_{D_t} \sum_j \sum_i y_i P(A|D_j) I_{D_j} P(d\omega) + = \sum_i y_i P(A_i|D_t) P(D_t) = \sum_i y_i P(A_i D_t) + \] +\end{ex} + + + + +% $P(\eta | \mathcal{A}) \equiv M(I_A | \mathcal{A})$ + diff --git a/stoanalysis/stochastic_analysis.tex b/stoanalysis/stochastic_analysis.tex new file mode 100644 index 0000000..625e2f2 --- /dev/null +++ b/stoanalysis/stochastic_analysis.tex @@ -0,0 +1,37 @@ +\documentclass[../konspect.tex]{subfiles} +\graphicspath{{\subfix{../images/}}} +\begin{document} + \part{Стохастический анализ и стохастические дифференциальные уравнения} + + \section*{Литература} + \begin{enumerate} + \item Миллер Б.М., Панков А.Р. -- Теория случайных процессов; + \item А. Р. Панков, К. В. Семенихин -- Практикум по ТСП; + \item Ширяев А. Н. -- Вероятность; + \item Ширяев А. Н. -- Основы стохастической финансовой математики; + + \item \textit{Более глубокое}: Оксендаль Стохастические дифференциальные уравнения. + \end{enumerate} + + \chapter{Модуль 1} + + \input{stoanalysis/lection1} + % \input{stoanalysis/lection2} + % \input{stoanalysis/lection3} + % \input{stoanalysis/lection4} + % \input{stoanalysis/lection5} + % \input{stoanalysis/lection6} + % \input{stoanalysis/lection7} + % + % \chapter{Модуль 2} + % + % \input{stoanalysis/lection9} + % \input{stoanalysis/lection10} + % \input{stoanalysis/lection11} + % \input{stoanalysis/lection12} + % \input{stoanalysis/lection13} + % \input{stoanalysis/lection14} + % \input{stoanalysis/lection15} + + +\end{document}