前置
定义
设 为概率空间。 值过程 称为一个标准布朗运动(Wiener 过程),如果:
- ,几乎处处成立;
- 样本路径 几乎处处连续;
- 对任意有限时间组 增量 相互独立;
- 对 ,
一维时最后一式就是
其中 表示均值为 、方差为 的正态分布。只要求两段不相交增量两两独立不足以直接表达“独立增量”;定义要求任意有限组不相交增量联合独立。
相对于过滤的布朗运动
在过滤概率空间 上,称 是关于 的布朗运动,如果:
- 适应于 ;
- 对任意 ,增量 独立于整个 ;
- 它满足上面的起点、连续性和高斯增量条件。
第二条比“ 与 独立”更强: 可以包含截至 的全部历史和其他观测。布朗运动总是关于其自然过滤
及其通常增广为布朗运动;任意扩大过滤则可能提前泄露未来信息,从而破坏增量对 的独立性。
高斯协方差表征
标准布朗运动是中心高斯过程,并且
事实上,若 ,则 ,后一个增量与 独立且均值为零,所以
反过来,若一个中心高斯过程满足
则对不相交时间区间,其增量之间协方差为零;联合高斯性把零协方差提升为联合独立性,而且
因此再加上 和几乎处处连续的版本,这一协方差公式等价地刻画标准布朗运动。仅有均值与协方差而没有联合高斯性,不能推出独立增量。
鞅、Markov 性与二次变差
鞅
若 是关于 的布朗运动,则
因为未来增量独立于 且均值为零。故 是 值鞅。
Markov 性
对任意有界可测函数 ,
右端只依赖当前状态 ,所以布朗运动是时齐 Markov 过程,其转移核为
二次变差与交叉变差
取 的分割
当 时,
因此
这个极限可直接由独立高斯增量验证。 时,和的期望为 ,方差为
时,和的期望为零,方差为
所以收敛在 中成立,从而也依概率成立。二次变差描述单条随机路径在细分下累积的平方增量,不应与固定两个时刻之间的协方差混淆。