前置
过滤与适应性
设 为概率空间, 为全序指标集。一族子 -代数
称为一个过滤(filtration), 称为过滤概率空间。 表示截至时刻 可用的信息。完备性和右连续性等“通常条件”在基础定义中不是必需的,使用连续时间定理时再另行假设。
随机过程 称为适应于 ,如果每个 都是 -可测的。
实值鞅
实值适应过程 称为关于 的鞅,如果:
- 对每个 ,
- 对所有 ,
第二个条件表示在已知当前全部信息后,对未来值的最佳可积预测就是当前值。条件期望的等式等价于:对每个 ,
这里必须有 可积性;仅仅存在某个 次矩或逐点有限并不能代替定义中的条件。
值鞅
设 。称 为 值鞅,如果它适应、满足
并且
逐坐标成立。有限维空间中这也等价于每个坐标过程 都是实值鞅,或等价于对任意 ,标量过程 是鞅。
Banach 空间值情形
设 为 Banach 空间。 值随机变量 若强可测且
就称为 Bochner 可积;此时 有定义。
不预设向量条件期望存在时,一个稳妥的 值鞅定义是:过程 适应、每个 Bochner 可积,并且对所有 和 ,
这正是实值定义中的积分刻画。若 Bochner 条件期望存在,则可简写为
但对任意 Banach 空间,不能无条件地使用最后这个写法。给定 Bochner 可积的 ,集合函数
是一个 值向量测度;要把它表示成某个 -可测 值函数的积分,需要相应的 Radon—Nikodym 性质。若 具有 Radon—Nikodym 性质(RNP;例如有限维空间或反射 Banach 空间),则这种 Bochner 条件期望对所有 Bochner 可积随机变量存在。一般 Banach 空间可能不具有 RNP,此时条件期望未必作为 值 Bochner 可积随机变量存在。
因此严谨的层次是:
- 对 与 ,按通常条件期望定义;
- 对 Banach 空间,先要求强可测与 Bochner 可积;
- 只有在目标空间具有 RNP,或已经对当前随机变量单独证明条件期望存在时,才把积分恒等式写成 。
只对每个连续线性泛函 要求 为标量鞅,
称为弱鞅条件。若 已经强可测且 Bochner 可积,则该条件与上面的
积分定义等价:对 ,
Hahn—Banach 定理遂推出向量积分本身为零。这里不需要 RNP;RNP 的作用仅是
保证这个向量测度可表示为某个 值 Bochner 条件期望。若连强可测性或
Bochner 可积性都未给出,则弱条件不能自动替代强定义。