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zhimin-z committed Jul 11, 2024
1 parent 5aa2a54 commit 398bc7e
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33 changes: 28 additions & 5 deletions docs/chapter1/chapter1.md
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Expand Up @@ -1436,9 +1436,32 @@ $$
$$
此时有$y=\nabla f(x)$,得证。
## σ-代数
## 15. 鞅
## 15. σ-代数
σ-代数(或者σ-域)是数学中测度论和概率论的一个重要概念。σ-代数是一个满足特定封闭性质的集合族,使得我们能够对这些集合定义一致的测度(例如概率)。
具体来说,σ-代数是一个集合族,满足以下三个性质:
1. **包含全集**:如果 $\mathcal{F}$ 是一个 σ-代数,定义在集合 $X$ 上,那么 $X$ 本身属于 $\mathcal{F}$,即 $X \in \mathcal{F}$。
2. **对补集封闭**:如果 $A$ 是 $\mathcal{F}$ 中的一个集合,那么它的补集 $X \setminus A$ 也属于 $\mathcal{F}$,即 $A \in \mathcal{F} \implies X \setminus A \in \mathcal{F}$。
3. **对可数并封闭**:如果 $A_1, A_2, A_3, \ldots$ 是 $\mathcal{F}$ 中的集合,那么它们的可数并集 $\bigcup_{i=1}^{\infty} A_i$ 也属于 $\mathcal{F}$,即 $A_i \in \mathcal{F}$ 对所有 $i \in \mathbb{N}$,则 $\bigcup_{i=1}^{\infty} A_i \in \mathcal{F}$。
σ-代数的概念在测度论中尤为重要,因为它为定义测度(measure)提供了必要的框架。一个测度是定义在 σ-代数上的集合函数,用于度量集合的“大小”。
在概率论中,σ-代数用于定义事件空间,从而定义概率测度。
### 过滤
σ-代数 $\mathcal{F}$ 是一个固定的集合族,满足特定的封闭性质,表示我们在某一时刻可以知道的所有信息。
而过滤(filtration)则是关于如何随着时间推移而观察信息的一个概念,通常与随机过程(stochastic processes)有关。
具体来说,过滤是一个按时间参数索引的 σ-代数序列 $\{\mathcal{F}_t\}_{t \in T}$,表示随时间变化的可观测事件的集合,并满足以下性质:
1. **每个 $\mathcal{F}_t$ 是一个 σ-代数**:对于每个时刻 $t$,$\mathcal{F}_t$ 是定义在某个固定集合 $X$ 上的一个 σ-代数。
2. **单调性**:对于任意的 $t_1 \leq t_2$,有 $\mathcal{F}_{t_1} \subseteq \mathcal{F}_{t_2}$。这意味着随着时间的推移,所包含的信息只会增加,不会减少。
## 16. 鞅
鞅(Martingale)是概率论中的一个重要概念,用于描述某些类型的随机过程。鞅过程的特点是,它的未来期望值在已知当前信息的条件下等于当前值。
Expand All @@ -1447,9 +1470,9 @@ $$
设 $\{X_t\}$ 是一个随机过程,$\{\mathcal{F}_t\}$ 是一个随时间 $t$ 变化的过滤(即包含随时间增加的所有信息的 σ-代数的序列)。
当这个随机过程 $\{X_t\}$ 是鞅时,必须满足以下条件:
1. 适应性(Adaptedness):对于每一个 $t$,$X_t$ 是 $\mathcal{F}_t$-可测的(即 $X_t$ 的值在时间 $t$ 时刻是已知信息的函数)。
2. 积分性(Integrability):对于所有 $t$,$E[|X_t|] < \infty$。
3. 鞅性质(Martingale Property):对于所有 $t$ 和 $s \geq t$,有$E[X_s | \mathcal{F}_t] = X_t$。这意味着在已知当前时刻 $t$ 的信息 $\mathcal{F}_t$ 条件下,未来某个时刻 $s$ 的期望值等于当前时刻 $t$ 的值。
1. **适应性(Adaptedness)**:对于每一个 $t$,$X_t$ 是 $\mathcal{F}_t$-可测的(即 $X_t$ 的值在时间 $t$ 时刻是已知信息的函数)。
2. **积分性(Integrability)**:对于所有 $t$,$E[|X_t|] < \infty$。
3. **鞅性质(Martingale Property)**:对于所有 $t$ 和 $s \geq t$,有$E[X_s | \mathcal{F}_t] = X_t$。这意味着在已知当前时刻 $t$ 的信息 $\mathcal{F}_t$ 条件下,未来某个时刻 $s$ 的期望值等于当前时刻 $t$ 的值。
### 直观解释
鞅的定义保证了在已知当前信息的条件下,未来值的期望等于当前值,这反映了一种“无偏性”。因此,鞅过程可以被看作是一种“公平游戏”。设想一个赌徒在一个赌场中进行赌博,如果这个赌徒的资金变化形成一个鞅过程,那么在任何时刻,给定当前的资金情况,未来资金的期望值都是当前的资金,这表示没有系统性的赢或输的趋势。
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