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2022-05-31
英文标题:
《Non-Analytic Solution to the Fokker-Planck Equation of Fractional
  Brownian Motion via Laplace Transforms》
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作者:
Visant Ahuja
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最新提交年份:
2017
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英文摘要:
  This paper derives the non-analytic solution to the Fokker-Planck equation of fractional Brownian motion using the method of Laplace transform. Sequentially, by considering the fundamental solution of the non-analytic solution, this paper obtains the transition probability density function of the random variable that is described by the It\\^o\'s stochastic ordinary differential equation of fractional Brownian motion. Furthermore, this paper applies the derived transition probability density function to the Cox-Ingersoll-Ross model governed by the fractional Brownian motion instead of the usual Brownian motion.
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中文摘要:
本文用拉普拉斯变换的方法导出分数布朗运动的福克-普朗克方程的非解析解。然后,考虑非解析解的基本解,得到了分数布朗运动的It o随机常微分方程所描述的随机变量的转移概率密度函数。此外,本文将导出的转移概率密度函数应用于受分数布朗运动控制的Cox-Ingersoll-Ross模型,而不是通常的布朗运动。
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分类信息:

一级分类:Mathematics        数学
二级分类:Analysis of PDEs        偏微分方程分析
分类描述:Existence and uniqueness, boundary conditions, linear and non-linear operators, stability, soliton theory, integrable PDE\'s, conservation laws, qualitative dynamics
存在唯一性,边界条件,线性和非线性算子,稳定性,孤子理论,可积偏微分方程,守恒律,定性动力学
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一级分类:Physics        物理学
二级分类:Mathematical Physics        数学物理
分类描述:Articles in this category focus on areas of research that illustrate the application of mathematics to problems in physics, develop mathematical methods for such applications, or provide mathematically rigorous formulations of existing physical theories. Submissions to math-ph should be of interest to both physically oriented mathematicians and mathematically oriented physicists; submissions which are primarily of interest to theoretical physicists or to mathematicians should probably be directed to the respective physics/math categories
这一类别的文章集中在说明数学在物理问题中的应用的研究领域,为这类应用开发数学方法,或提供现有物理理论的数学严格公式。提交的数学-PH应该对物理方向的数学家和数学方向的物理学家都感兴趣;主要对理论物理学家或数学家感兴趣的投稿可能应该指向各自的物理/数学类别
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一级分类:Mathematics        数学
二级分类:Mathematical Physics        数学物理
分类描述:math.MP is an alias for math-ph. Articles in this category focus on areas of research that illustrate the application of mathematics to problems in physics, develop mathematical methods for such applications, or provide mathematically rigorous formulations of existing physical theories. Submissions to math-ph should be of interest to both physically oriented mathematicians and mathematically oriented physicists; submissions which are primarily of interest to theoretical physicists or to mathematicians should probably be directed to the respective physics/math categories
math.mp是math-ph的别名。这一类别的文章集中在说明数学在物理问题中的应用的研究领域,为这类应用开发数学方法,或提供现有物理理论的数学严格公式。提交的数学-PH应该对物理方向的数学家和数学方向的物理学家都感兴趣;主要对理论物理学家或数学家感兴趣的投稿可能应该指向各自的物理/数学类别
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一级分类:Mathematics        数学
二级分类:Probability        概率
分类描述:Theory and applications of probability and stochastic processes: e.g. central limit theorems, large deviations, stochastic differential equations, models from statistical mechanics, queuing theory
概率论与随机过程的理论与应用:例如中心极限定理,大偏差,随机微分方程,统计力学模型,排队论
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一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Pricing of Securities        证券定价
分类描述:Valuation and hedging of financial securities, their derivatives, and structured products
金融证券及其衍生产品和结构化产品的估值和套期保值
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2022-5-31 07:29:26
分数布朗运动福克-普朗克方程的拉普拉斯变换非解析解Visant AhujaMahidol大学国际学院,Mahidol大学目前地址:D.S.Tower 1 Room 18A2,98 Dangudom Soi,Sukhumvit 33 RoadKlongton,WattanaBangkok 10110,Thailandabstract本文使用拉普拉斯变换方法推导了分数布朗运动的福克-普朗克方程的非解析解。接着,考虑非解析解的基本解,得到了由It^o分数布朗运动随机常微分方程描述的随机变量的转移概率密度函数。此外,本文将导出的转移概率密度函数应用于受分数布朗运动控制的Cox-Ingersoll-Ross模型,而不是通常的布朗运动。关键词:分数布朗运动,福克-普朗克方程,拉普拉斯变换,CIR model2010 MSC:60G22,91G301。简介Feller于1951年首次撰写论文《两个奇异微分问题》,旨在研究抛物线偏微分方程ut=(axu)xx- ((bx+c)u)x,0<x<∞, (1.1)值得一提的是,本文的部分内容是在作者还是马希隆大学的学生时作为研究项目的一部分提交给马希隆大学的。电子邮件地址:visant@alumni.unc.edu(Visant Ahuja)提交给arXiv的预印本2017年4月4日分馏l布朗运动的概率函数,其中u=u(t,x)和a,b,c是a>0的常数。在他的论文中,他成功地导出了它的解析解,并证明了它的存在性和唯一性。事实证明,这个抛物线部分微分方程是扩散过程(或众所周知的布朗运动)的福克-普朗克方程的一种特殊形式。
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2022-5-31 07:29:30
在本文中,我们将把这种特殊形式简单地称为布朗运动的福克-普朗克方程。在统计力学中,福克-普朗克方程是一个偏微分方程,描述了受随机过程(如布朗运动)影响的粒子动力学概率密度函数的时间演化。福克-普朗克方程也称为科尔莫戈罗夫正演方程。由于布朗运动的广泛应用,毫无疑问,费勒的论文,两个奇异微分问题,已经获得了很多声誉。作者感兴趣的一个应用是它在数学金融领域开发模糊随机波动率模型中的应用(例如,见[2]),其中原始随机波动率模型中的一个方程由布朗运动的福克-普朗克方程描述。由于布朗运动是分数布朗运动[fBm]的特例,为了一般性,作者尝试将随机波动率模型扩展到用分数布朗运动的Fokker-Planck方程代替布朗运动的Fokker-Planck方程的情况。一方面,fBm的福克-普朗克方程已经由¨Unal[3]推导出来(这将在后面的章节中介绍)。另一方面,为了开发扩展随机波动率模型的“模糊”版本,有必要使用fBm的福克-普朗克方程的解。因此,我们必须先找到fBm的福克-普朗克方程的解,然后才能开发该模型的“模糊”版本,这也是作者撰写本论文的根本动机。本文概述如下。第2节建立了fBm的福克-普朗克方程的一般形式,使其具有与[1]相似的设置。
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2022-5-31 07:29:32
第3节在推导fBm的福克-普朗克方程的解之前,给出了必要的定义和一些准备工作。第4节将通过拉普拉斯变换导出fBm的福克·普朗克方程的非解析解的一般形式。然后,第5节将把非解析解的一般形式的条件强加给fBm的福克·普朗克方程,并证明其存在性。第6节将根据前一节中已证实的主张,提供FBM的福克-普朗克方程的基本非解析解。第7节将分数布朗运动导出解的概率函数应用于Cox-Ingersoll-Ross(CIR)模型,其中模型中的布朗运动被fBm代替。最后,第8节将对本文进行总结,并提供一些可能需要进一步研究的主题。分数布朗运动的福克-普朗克方程本节致力于建立fBm的福克-普朗克方程的一般形式,因为它将在下一节中主要使用。首先,我们注意到¨Unal[3]通过考虑f ormdxi=fi(x,t)dt+giα(x,t)dBHα,1 6 i 6 n的随机常微分方程,导出了向量值变量fbmf的福克-普朗克方程;1 6α6 r.然后,根据It^o的关于scala r函数h(x)的fBm公式,dh(x)=fj公司h类xj+Ht2H-1gjαgkαh类xj公司xk公司dt+gjαh类xjdBHα,(2.1)–Unal通过广泛使用期望特性,导出了fBm的福克-普朗克方程pt型+fjp公司xj公司- Ht2H型-1.gjαgkαpxj公司xk=0,(2.2),其中ox∈ Rn是一个向量,op:=p(x,t)是概率密度函数,ofj:=fj(x,t)是一个漂移向量,ogiα(x,t)是所有i=j,k的扩散矩阵,odBHα是f Bm的增量,oH∈ (0,1)是赫斯特参数。分数布朗运动的概率函数2.1。
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2022-5-31 07:29:35
标量变量分数布朗运动的福克-普朗克方程本文的范围是推导标量变量分数布朗运动的福克-普朗克方程的非解析解。因此,在这一小节中,我们给出了标度值变量的fBm的福克-普朗克方程。为了将方程(2.2)中的变量转换为标量值变量,以符合数学金融背景以及Hsu的替代方案[4],并与方程(1.1)一致,我们让op(x,t)=p(x,t)=u(t,x)=u,ofj(x,t)=u(x,t)=(bx+c),ogjα=gkα=σ(Xt,t),σ(Xt,t)=ax,a∈ R> 0,且oH=v∈ (0,1)。然后,由于参数(常数)H=v不限于区间(0,1)中的任何特定实数,因此可以重写方程(2.2)at=(2v-1xu)xx- ((bx+c)u)x,0<x<∞, (2.3)其中a、b、c、v是0<v<1的常数。此外,请注意,ou=u(t,x)依赖于x和t,ox依赖于t,oa dep结束于v(但我们将a称为常数,因为v依赖于另一个x或t),并且ot依赖于参数(常数)v。现在,为了与方程(1.1)更为一致,我们重新定义了v上的有界条件,使v>0。备注2.1。当v=/2(即赫斯特指数H=/2)时,方程式(2.3)读数为asut=(at2v-1xu)xx- ((bx+c)u)x=(axu)xx- ((bx+c)u)x,其中0<x<∞, 这相当于方程(1.1)。从这一点出发,本文将关注方程(2.3)[在v>0而非0<v<1的条件下]并推导方程(2.3)的非解析解,同时证明导出的非解析解的存在性。3.
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2022-5-31 07:29:40
在求解分数布朗运动的福克-普朗克方程之前,我们将在本节中为读者提供一些在实际求解fBm的福克-普朗克方程之前的定义和预备知识。我们将密切关注Feller的两个单数微分问题[1]。因此,鼓励读者在阅读本节时参考费勒的作品。为了方便起见,我们将在这里再次给出本节和以下各节所用的公式。也就是说,方程式为ut=(在2V下-1xu)xx- ((bx+c)u)x,0<x<∞, (3.1)式中,u=u(t,x)和a,b,c,v是a>0和v>0的常数。注意,这个方程是一个线性抛物线方程。这可以更清楚地看到,如下所示:ut=(at2v-1xu)xx- ((bx+c)u)x=at2v-1xuxx+(2at2v-1.- bx公司- c) 用户体验- bu公司==> bu=at2v-1台ux+(2at2v-1.- bx公司- c)ux个-ut=F(t,x)ux+G(t,x)ux个-ut、 其中F(t,x):=2V-1x,G(t,x):=2at2v-1.- bx公司- c、 bu是u中的线性函数(其中u是x中的线性函数)。值得注意的是,t空间变换将与x相对应。首先,通常定义一个方程作为方程(3.1)的解意味着什么。定义3.1(方程(3.1)的解)。u(t,x)是方程(3.1)的解,如果x>0,它有满足方程(3.1)的连续偏导数s。此外,如果对于每个固定的s>0和t>0,函数e-sxu(t,x)和e-sxut(t,x)可积于0<x<∞, 这在0到6t的每个间隔内都是一致的∞.分数布朗运动的概率函数进一步,我们设ω(t,s)=Z∞e-sxu(t,x)dx。(3.2)ut(t,x)的拉普拉斯变换存在,可以通过形式上的微分方程(3.2)找到。
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