กระบวนการเลวี
ในทฤษฎีความน่าจะเป็น กระบวนการ เลวี (Lévy process ) ซึ่งตั้งชื่อตามนักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศสพอล เลวี (Paul Lévy ) คือกระบวนการสุ่ม ที่มีการเพิ่มขึ้นอย่างอิสระและคงที่: มันแสดงถึงการเคลื่อนที่ของจุดที่มีการกระจัดต่อเนื่องกันเป็นแบบสุ่มโดยการกระจัดในช่วงเวลาที่ไม่ทับซ้อนกันเป็นคู่ๆ นั้นเป็นอิสระ และการกระจัดในช่วงเวลาที่แตกต่างกันแต่มีความยาวเท่ากันจะมีค่าความน่าจะเป็นที่เหมือนกัน ดังนั้น กระบวนการเลวีจึงอาจมองได้ว่าเป็นอนาล็อกแบบต่อเนื่องของกระบวนการเดินสุ่ม (random walk )
ตัวอย่างที่รู้จักกันดีที่สุดของกระบวนการ Lévy คือ กระบวนการ Wienerซึ่งมักเรียกว่า กระบวนการ Brownian motionและกระบวนการ Poissonตัวอย่างที่สำคัญอื่นๆ ได้แก่กระบวนการ Gammaกระบวนการ Pascal และกระบวนการ Meixner นอกเหนือจาก Brownian motion ที่มีการเลื่อนแล้ว กระบวนการ Lévy อื่นๆ ที่เหมาะสม (นั่นคือ ไม่ใช่แบบกำหนด) ทั้งหมดมีเส้นทางที่ไม่ต่อเนื่องกระบวนการ Lévy ทั้งหมดเป็นกระบวนการแบบบวก[ 1 ]
นิยามทางคณิตศาสตร์
กระบวนการเลวี (Lévy process) เป็นกระบวนการสุ่ม (stochastic process)ซึ่งมีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:
- เกือบจะแน่นอน ;
- ความเป็นอิสระของการเพิ่มขึ้น :สำหรับใดๆ,ต่างฝ่ายต่างเป็นอิสระต่อกัน
- การเพิ่มขึ้นแบบคงที่ :สำหรับใดๆ,มีการกระจายอย่างเท่าเทียมกันไปยัง
- ความต่อเนื่องในความน่าจะเป็น :สำหรับใดๆและมันถือว่า
ถ้าหากเป็นกระบวนการ Lévy แล้ว ก็อาจสร้างเวอร์ชัน หนึ่ง ของโดยที่เกือบจะแน่นอนว่า เป็นฟังก์ชันต่อเนื่องทางขวาที่มีลิมิตทางซ้าย
คุณสมบัติ
การเพิ่มขึ้นอย่างอิสระ
กระบวนการสุ่มแบบต่อเนื่องจะกำหนดตัวแปรสุ่มX ให้กับแต่ละจุดt ≥ 0 ในเวลา ในทางปฏิบัติแล้วมันคือฟังก์ชันสุ่มของtส่วนเพิ่มของกระบวนการดังกล่าวคือผลต่างX − X ระหว่างค่าของมัน ณ เวลาต่างๆt < sการเรียกส่วนเพิ่มของกระบวนการว่าเป็นอิสระหมายความว่าส่วนเพิ่มX − X และX − X เป็น ตัวแปรสุ่ม อิสระเมื่อใดก็ตามที่ช่วงเวลาทั้งสองไม่ทับซ้อนกัน และโดยทั่วไปแล้ว ส่วนเพิ่มจำนวนจำกัดใดๆ ที่กำหนดให้กับช่วงเวลาที่ไม่ทับซ้อนกันเป็นคู่ๆ จะเป็นอิสระต่อกัน (ไม่ใช่แค่เป็นคู่ๆ )
การเพิ่มขึ้นแบบคงที่
การเรียกค่าเพิ่มขึ้นว่าคงที่ หมายความว่าการกระจายความน่าจะเป็นของค่าเพิ่มขึ้นใดๆX − X ขึ้นอยู่กับความยาวt − sของช่วงเวลาเท่านั้น ค่าเพิ่มขึ้นในช่วงเวลาที่มีความยาวเท่ากันจะมีการกระจายแบบเดียวกัน
ถ้าเป็นกระบวนการ Wienerซึ่งการแจกแจงความน่าจะเป็นของX − X เป็นการแจกแจงแบบปกติโดยมีค่าเฉลี่ยเป็น 0 และความแปรปรวนเป็นt − s
ถ้าXt Xsเป็นกระบวนการปัวซงโดยที่การแจกแจงความน่าจะเป็นของ Xt − Xs แจกแจงปัวซงที่มีค่าเฉลี่ย λ( t − s ) โดยที่ λ > 0 คือ "ความเข้มข้น" หรือ "อัตรา" ของกระบวนการ
ถ้าเป็นกระบวนการโคชี (Cauchy process)การแจกแจงความน่าจะเป็นของX − X คือการแจกแจงโคชี (Cauchy distribution)ที่มีความหนาแน่น ρ ที่ไหน.
การหารที่ไม่มีที่สิ้นสุด
การแจกแจงของกระบวนการ Lévy มีคุณสมบัติของการหารลงตัวอย่างไม่จำกัด : เมื่อกำหนดจำนวนเต็มn ใด ๆ กฎของกระบวนการ Lévy ณ เวลา t สามารถแสดงได้เป็นกฎของผลรวมของ ตัวแปรสุ่มอิสระ nตัว ซึ่งก็คือค่าเพิ่มขึ้นของกระบวนการ Lévy ในช่วงเวลาที่มีความยาวt / nซึ่งเป็นอิสระและมีการแจกแจงเหมือนกันตามสมมติฐานข้อ 2 และ 3 ในทางกลับกัน สำหรับการแจกแจงความน่าจะเป็นที่หารลงตัวอย่างไม่จำกัดแต่ละแบบมีกระบวนการเลวี (Lévy process)เช่นนั้นกฎหมายของ is given by .
Moments
In any Lévy process with finite moments, the nth moment , is a polynomial function of t; these functions satisfy a binomial identity:
Lévy–Khintchine representation
The distribution of a Lévy process is characterized by its characteristic function, which is given by the Lévy–Khintchine formula (general for all infinitely divisible distributions):[2]
If is a Lévy process, then its characteristic function is given by
where , , and is a σ-finite measure called the Lévy measure of , satisfying the property
In the above, is the indicator function. Because characteristic functions uniquely determine their underlying probability distributions, each Lévy process is uniquely determined by the "Lévy–Khintchine triplet" . The terms of this triplet suggest that a Lévy process can be seen as having three independent components: a linear drift, a Brownian motion, and a Lévy jump process, as described below. This immediately gives that the only (nondeterministic) continuous Lévy process is a Brownian motion with drift; similarly, every Lévy process is a semimartingale.[3]
Lévy–Itô decomposition
Because the characteristic functions of independent random variables multiply, the Lévy–Khintchine theorem suggests that every Lévy process is the sum of Brownian motion with drift and another independent random variable, a Lévy jump process. The Lévy–Itô decomposition describes the latter as a (stochastic) sum of independent Poisson random variables.
Let — that is, the restriction of to , normalized to be a probability measure; similarly, let (but do not rescale). Then
The former is the characteristic function of a compound Poisson process with intensity and child distribution . The latter is that of a compensated generalized Poisson process (CGPP): a process with countably many jump discontinuities on every interval a.s., but such that those discontinuities are of magnitude less than . If , then the CGPP is a pure jump process.[4][5] Therefore, in terms of processes one may decompose in the following way
where is the compound Poisson process with jumps larger than in absolute value and is the aforementioned compensated generalized Poisson process which is also a zero-mean martingale.
Generalization
ฟิลด์สุ่ม Lévy เป็นการขยายแบบหลายมิติของกระบวนการ Lévy [ 6 ] [ 7 ] กระบวนการที่สามารถแยกส่วนได้นั้นมีความทั่วไปมากกว่า[ 8 ]