形式陈述
一条连续局部鞅的波动强度时快时慢,能否找到一个内部时钟,让它变成标准 Brownian 运动?设 为通常滤过下的连续局部鞅公理库局部鞅Local martingale可由一列趋向无穷的停时截断成真鞅的适应 càdlàg 过程。,,按连续局部鞅情形公理库二次变差Quadratic variation沿细化时间划分累加增量平方并以 ucp 极限得到的半鞅路径粗糙度过程。记其二次变差为 ,并假设
对 ,定义右连续广义逆
那么 是相对于时间变换滤过 的标准Brownian 运动公理库Brownian 运动Brownian motion · Wiener process · 布朗运动 · Wiener 过程从零出发、具有独立平稳高斯增量与几乎处处连续路径的连续时间随机过程。,且
只需连续不减,不必严格递增;平台也被这个定义涵盖。假设 保证每个有限内部时刻都能在原路径上找到。若总二次变差有限,需要另讨论终止时钟后的 Brownian 延拓,通常会引入额外独立随机性。
直觉
物理时间记录钟表走了多久,二次变差记录随机振荡累计了多少。过程若在某段时间波动较大,内部钟就走得快;若完全不积累波动,内部钟暂停。
定理把“路径的通用噪声形状”与“局部波动强度”分开。但它并没有把两者变成独立对象。随机时钟可以依赖同一条 Brownian 路径,知道时钟的值就可能透露路径已经发生了什么。
例子与边界
一个真的随机时钟
取
其二次变差为
因此 ,定理给 。路径远离零时钟走得更快,而 不是确定函数。这里通常不能说“给定 后, 就是方差 的正态变量”,因为 与 没有独立保证。
这项限制可以用有界停时看得更直接。取 。在先到达事件 上,停止值 ;若给定 后总是 ,在该事件上却仍会有取负值的正概率,矛盾。随机取样时刻会选择路径;时间变换等式本身不能抹去这种选择信息。
平台为何不能用普通反函数处理
令 于 ,而 于 ,并取 。此时
在 没有普通反函数。所选广义逆满足 ,把平台直接跳过。但 在这一段也恒等于 ,所以 没有跳跃。平台不是技术例外,而是时间重排中必须核验连续性的地方。
推论与应用
逆时钟为什么是停时
是适应、连续、不减过程。由
及滤过右连续性,,故 是连续时间停时公理库停时Stopping time · 停止时刻是否已经发生可由当前信息判断、因而不依赖未来的随机时刻。。因此 是合法的停时信息,且随 增大而增加。
由 连续且最终无界,有 。当 存在平台时, 可以跳过整个平台。连续局部鞅在二次变差不增加的区间上必保持常值。可对每个确定有理时刻 ,停在 首次超过 的时刻:局部化后的增量平方均值为零,最大不等式排除该段中的非零振荡。合并这些可数零集,再从平台内部的有理点逼近端点,就同时覆盖所有可能的平台。于是时间变换后的 仍连续。
用停止后的平方鞅识别新时钟
固定内部上界 ,把 停在 。其累计二次变差不超过 。先进一步停在有界取值区间,用平方鞅恒等式得到二阶矩至多 ;局部化极限的一致可积控制使 成为真鞅,并保留 。连续时间最大界再给 ,因此整个停止族具有一个平方可积的共同控制量。
先对 使用连续时间鞅的有界可选采样公理库连续时间鞅Continuous-time martingale在连续时间滤过下适应且逐时可积,并满足任意早晚时刻条件均值恒等式的过程。,再由控制收敛定理公理库控制收敛定理Dominated convergence theorem几乎处处收敛且被同一可积函数控制时,可以交换极限与积分。令 ,便得到
对停止后的 ,共同控制量为 ,仍可按同样方法采样,得到 在 上的鞅性质。连续局部鞅二次变差的唯一性便给
现在Lévy 刻画公理库Lévy 的 Brownian 刻画Lévy characterization theorem · Levy martingale characterization of Brownian motion连续局部鞅若以单位速度积累二次变差,就必定相对于原滤过具有独立的标准 Gaussian 增量。说明 是 下的 Brownian 运动。
最后, 等于 ,或位于包含 的同一时钟平台末端。两种情况下 ,所以 。这个回代步骤解释了为何广义逆虽然不逐点互为普通反函数,仍能准确恢复原鞅。
用随机时钟转移路径性质
若另知道 且 几乎处处,则将Brownian 重对数律公理库Brownian 重对数律Law of the iterated logarithm for Brownian motion · Brownian LIL同一条 Brownian 路径长期反复触及 sqrt(2t log log t) 的正负包络,尖锐常数都为一。沿连续无界的 代回,可得
连续时钟遍历所有充分大的内部时间,才保证上极限不因漏掉关键时刻而变小。若再用 ,可把分母改写为 。路径定理因此自然按累计方差,而非机械按物理时间,迁移到一般连续局部鞅。
参考资料