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2022-06-11
英文标题:
《Geometrically Convergent Simulation of the Extrema of L\\\'{e}vy Processes》
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作者:
Jorge Ignacio Gonz\\\'alez C\\\'azares, Aleksandar Mijatovi\\\'c, Ger\\\'onimo
  Uribe Bravo
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最新提交年份:
2021
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英文摘要:
  We develop a novel approximate simulation algorithm for the joint law of the position, the running supremum and the time of the supremum of a general L\\\'evy process at an arbitrary finite time. We identify the law of the error in simple terms. We prove that the error decays geometrically in $L^p$ (for any $p\\geq 1$) as a function of the computational cost, in contrast with the polynomial decay for the approximations available in the literature. We establish a central limit theorem and construct non-asymptotic and asymptotic confidence intervals for the corresponding Monte Carlo estimator. We prove that the multilevel Monte Carlo estimator has optimal computational complexity (i.e. of order $\\epsilon^{-2}$ if the mean squared error is at most $\\epsilon^2$) for locally Lipschitz and barrier-type functionals of the triplet and develop an unbiased version of the estimator. We illustrate the performance of the algorithm with numerical examples.
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中文摘要:
我们开发了一种新的近似模拟算法,用于在任意有限时间内求解一般L趵evy过程的位置、运行上确界和上确界时间的联合规律。我们用简单的术语来确定误差定律。我们证明,与文献中可用近似的多项式衰减相比,误差在几何上以$L^p$(对于任何$p\\geq 1$)作为计算成本的函数衰减。我们建立了一个中心极限定理,并为相应的蒙特卡罗估计量构造了非渐近和渐近置信区间。我们证明了对于三元组的局部Lipschitz和势垒型泛函,多层蒙特卡罗估计具有最佳的计算复杂度(即,如果均方误差最大为$\\ε^{-2}$),并开发了该估计的无偏版本。我们用数值例子说明了算法的性能。
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分类信息:

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:Computational Finance        计算金融学
分类描述:Computational methods, including Monte Carlo, PDE, lattice and other numerical methods with applications to financial modeling
计算方法,包括蒙特卡罗,偏微分方程,格子和其他数值方法,并应用于金融建模
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一级分类:Statistics        统计学
二级分类:Methodology        方法论
分类描述:Design, Surveys, Model Selection, Multiple Testing, Multivariate Methods, Signal and Image Processing, Time Series, Smoothing, Spatial Statistics, Survival Analysis, Nonparametric and Semiparametric Methods
设计,调查,模型选择,多重检验,多元方法,信号和图像处理,时间序列,平滑,空间统计,生存分析,非参数和半参数方法
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2022-6-11 00:59:27
L'EvyprocesseJorge GONZ'ALEZ C'AZARES、ALEKSANDAR MIJATOVI'C和Gernimo URIBE BRAVOAbstract极值的几何收敛模拟。我们开发了一种新的近似模拟算法,用于在任意时刻对一般Lévy过程的位置、运行上确界和上确界时间的联合规律进行模拟。我们用简单的术语来确定错误的规律。我们证明了误差在Lp中几何衰减(对于任何p≥ 1) 作为计算成本的函数,与文献中可用近似值的多项式衰减相比。我们建立了一个中心极限定理,并为相应的蒙特卡罗估计量构造了非渐近和渐近置信区间。我们证明了多层蒙特卡罗估计h是最优计算复杂度(即阶)-2如果三元组的局部Lipschitz和势垒型函数的均方误差最大,则开发无偏估计量。我们用数值例子说明了算法的性能。1、简介考虑一系列过程X=(Xt)t≥0在给定恒定时间T>0的时间间隔[0,T]内。三元组χ=(XT,XT,τT),由位置XT、区间[0,T]上X的上确界XT和X达到上确界的第一次τTat组成,在应用概率的许多领域中发挥着关键作用(例如,保险数学中的破产概率【KKM04】、数学金融中的障碍和回望期权以及技术交易【BL02,Mor02,MP12】、排队论中的规模效应【Asm03,M P15】以及预测最终上确界及其最佳停止时间【BDP11,BvS14】,等等)。然而,很难从莱维过程X的特征中提取关于XT定律(let aloneofχ)的信息【Cha13】。
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2022-6-11 00:59:30
此外,XT定律的已知特性在特征中通常不明确【CM16】,这使得其精确模拟具有挑战性(例如,最近开发了稳定过程上确界的第一个精确模拟算法【GCMUB19】)。χ在应用概率中的核心重要性,加上X不符合泊松分布和漂移时的难处理性,导致了在本世纪最后25年对其近似值的大量研究【AGP95、BGK97、BGK99、DL11a、DL11b、Che11、DH 11、Der11、KKPvS11、FCKSS14、GX17、Iva18、BI20】。这些方法自然会产生χ的蒙特卡罗(MC)和多层蒙特卡罗(MLMC)算法。这些算法的误差在计算量上无一例外地实现了多项式衰减。出现以下自然问题:是否存在误差在成本中呈几何衰减的算法?简单而通用的算法SB Alg下面肯定地回答了这个问题。第1.1小节直观地介绍了该算法并描述了其主要特性,而第1.2小节将SB Alg与现有文献cited2020数学学科分类进行了比较。一回路:60G51、65C05。关键词和短语。上确界,Lévy过程,模拟,蒙特卡罗估计,几何收敛,多级蒙特卡罗。本段开头的L'EVY极值模拟。(另请参见YouTube演示文稿[GCMUB21],了解论文概述。)1.1. 捐款本论文有两个主要贡献:(I)方程(1.2)中给出的χ的新断棒近似(SBA),并通过下面的算法SB Alg进行采样,以及其误差规律的明确表征(见下面的定理1);(二) 应用概率中感兴趣函数的模拟退火算法分析。
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2022-6-11 00:59:34
贡献(II)如下文第2节所述,包括强误差的几何衰减和基于SB Alg的THEM C估计的中心极限定理,用于应用中产生的各类χ函数(如locallyLipschitz和barrier类型)。此外,第2节发展了MLMC和theSBA的无偏扩展,两者都具有最佳的计算复杂度。在本小节中,我们描述了贡献(I)。SBA基于三重态χ的断棒表示,源自【PUB12】中给出的Lévy过程凹主律的描述。更准确地说,χ的断棒表示表示表示以下a.s.等式保持(1.1)χ=(XT,XT,τT)=∞Xk=1YLk公司-1.- YLk,(YLk-1.- YLk)+,lk·{YLk-1.-YLk>0},其中,Lévy过程Y与X具有相同的定律,且与断棒过程无关,l = (ln) n个∈非[0,T],基于统一定律U(0,1),即L=T,ln=VnLn-1和Ln=Ln-1.-l为n∈ N其中(Vn)N∈Nis a U(0,1)-iid序列,见图1.1。(在(1.1)和整篇文章中,对于任何x,我们表示x+=max{x,0})∈ R、 )联轴器(X,l, Y)满足以下第4.1小节中几乎确定的等式(1.1)。请注意,它特别满足YT=XTa。s、 L=TLLLLllll图1.1:。图中显示了断棒过程中的前n=4根棒。(1.1)中Y的增量在间隔【Lk,Lk】上取值-1] 长度lk
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2022-6-11 00:59:37
重要的是,定理1(1.4)中向量(YLn,YLn,τLn(Y))中的时间Ln在n中是指数小的,与Y无关。鉴于(1.1)中的表示,SBA定义如下:χn=nXk=1YLk公司-1.- YLk,(YLk-1.- YLk)+,lk·{YLk-1.-YLk>0}+YLn,Y+Ln,Ln·{YLn>0}.(1.2)由于残余集水坑∞k=n+1YLk公司-1.- YLk公司对于任意n等于yl∈ N、 χN的第一个分量包括χ的第一个分量,而我们将在下面的定理1 b中看到,Y+Ln和Ln·{YLn>0}减少了(1.2)中相应部分和的误差。联轴器(X,l, Y)可以比较χ和非同一概率空间的χ,并分析强误差χ- χn.用F(t,x)=P(Xt)表示x的分布≤ x) ,其中x∈ R和t>0。然后,根据SBAχnis定律给出了一个精确模拟的算法,如下所示:L'EVY极值3SB AlgRequire的模拟:n∈ N、 固定时间范围T>01:设置∧=T,X=(0,0,0)2:对于k=1,n do3:样品νk~ U(0,1)和putλk=Дk∧k-1和∧k=∧k-1.- λk4:样本ξk~ F(λk,·)并将Xk=Xk-1+(ξk,ξ+k,λk·{ξk>0})5:结束6:样品n~ F(λn,·)和返回Xn+(n,+n,λn·{n>0})SB Alg使用总共n+1个采样步骤,清楚地输出了一个与χnin(1.2)具有相同规律的随机向量。定理1和下面的第2节表明,随着n的增长,χnin(1.2)是一个越来越精确的近似值。这是因为(4.1)中定义的χn之和与按尺寸偏差顺序(见下文第4.1小节)取的第一项相一致,使得剩余项非常小。从定理1可以清楚地看出,SB Alg中的最后一步进一步减小了误差。如果我们可以在恒定时间内对X的任何增量进行采样,则该算法的计算成本与n成正比。Westerss强调SB Alg不是随机游走近似的一个版本(见等式(2)。
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2022-6-11 00:59:40
2) (见下文)在随机网格上,因为它不需要计算X离散化的eit her max或arg max。相反,通过对非负枚举数求和,可以获得上确界及其时间的近似值,从而使SB Alg在数值上非常稳定。SB Alg的收敛性分析依赖于以下结果,该结果明确描述了其误差规律。在整篇论文中,将使用以下表述定理1所需的符号:对于右连续f函数:[0,∞) → 对于左手极限,我们表示byft=sup{fs:s∈ [0,t]}区间[0,t]上的上确界,由τt(f)=inf{s∈ [0,t]:fs=ft}首次达到最高FTI。定理1。假设Lévy过程X i不是带漂移和let(X,l, Y)是以下第4.1小节中建造的符合(1.1)要求的联轴器。对于任意n∈ N、 通过χ确定SBA的误差向量- χn=0, SBn,δSBn= (0, n- Y+Ln,δn- Ln·{YLn>0}),其中n=XT-nXk=1(YLk-1.- YLk)+和δn=τT-nXk=1lk·{YLk-1.-YLk>0}。(1.3)然后,根据Ln,(YLn,n、 δn)d=YLn,YLn,τLnY, 因此SBn,δSBnd=YLn公司- Y+Ln,τLnY- Ln·{YLn>0}.(1.4)此外,不等式0≤ SBn+1≤ SBn公司≤ n、 0个≤ δn≤ Lnand |δSBn |≤ Lnhold a.s.误差定律的非渐近(即固定n)明确描述,如定理1中的(1.4),在路径的上确界和相关函数的模拟算法中并不常见。由于ln和Y是独立的,所以(1.4)中的表示很容易使用,并为第2节的结果提供了基础。注意,根据定理1,s等式(SBn)n∈N(n) n个∈Nand(δn)n∈Nare几乎肯定是不递增的,并且收敛到0。此外,以下基于定理1的L'EVY极值4观测模拟激发了SB Alg的最后一步(即。
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