随机微分方程
随机微分方程
一、一维分岔 考虑一维随机微分方程()()()()()()()()()dX = m X dt +X dB t =m X +X X /2dt +X dB t 6.141σσσσ'-⎡⎤⎣⎦ 生成的连续动态系统()()()()()()tt00t x =x +m s x dx + s x dB s 6.142ϕϕσϕ-⎰⎰ () 它是以 x 为初值的（6.1-41）之唯一强解。
假定()()m 0 = 00 = 0 6.143σ-，（）从而0是ϕ的一个固定点。
对此固定点，dB(t)是随机参激。
设m(x)有界，对所有x 0≠满足椭圆性条件 ()0 6.144x σ≠-()这保证最多只有一个平稳概率密度。
求解与（6.1-41）相应的平稳FPK 方程得平稳概率密度()()()()122m u p x C x exp[ ] 6.145u xdu σσ-=-⎰（） 于是，上述动态系统有两种可能的平稳状态：不动点（平衡状态）与非平凡平稳运动。
前者的不变测度0δ的密度为()x δ，后者的不变测度ν的密度为（6.1-45）。
为研究 D-分岔，需计算这两个不变测度的Lyapunov 指数。
为此，考虑（6.1-41）的线性化方程()()()()dV =m X Vdt +X V dB t =[m (X)((X)(X))/2]Vdt VdB t 6.146σσσσ''''''++- （）利用（2.5-6）之解（2.5-11），得（6.1-46）之解()()()()()ttV t =V 0exp[(m +/2)X ds +X dB s ] 6.147 σσσ''''-⎰⎰（）动态系统ϕ关于测度μ的Lyapunov 指数定义为()()1lim ln V t 6.148t tϕλμ→∞=-（）（6.1-47）代入（6.1-48），注意()00σ=，得不动点Lyapunov 指数()()()()()()()()001()lim [ln 000]00 lim0(6.1-49)?t tt t B t V m ds dB s m m ttϕλδσσ→∞→∞'''''=++=+=⎰⎰对以（6.1-45）为密度的不变测度ν，（6.1-47）代入（6.1-48）， 假定σ'有界，m /2σσ'''+可积，得Lyapunov 指数()01 lim (m /2)(X)ds [m (x)(x)(x)/2]p(x)dx 6.150tt Rt ϕλνσσσσ→∞''''''=+=+-⎰⎰（）进行分部积分，并利用（6.1-45），最后得()2m(x) -2p(x)dx 0 6.151(x)R ϕλνσ⎡⎤=<-⎢⎥⎣⎦⎰（） 随机跨临界分岔考虑（6.1-41）的特殊情形()()2dX X X dt X dB t 6.152ασ=-+- （）生成的动态系统族αϕ()0exp[()] 6.1531[()]tx t B t t x x s B s dsαασϕασ+=-++⎰ （）（6.1-53）是以 x 为初值的（6.1-52）之解。
带有奇异系数的随机(偏)微分方程的适定性及其相关问题
带有奇异系数的随机（偏）微分方程的适定性及其相关问题随机微分方程（Stochastic Differential Equation, SDE）是一种描述随机过程的数学模型，它在金融学、物理学、工程学、生物学等领域中有广泛的应用。
为了更好地描述随机的现实世界，许多SDE 模型会带有奇异系数。
本文将针对这种带有奇异系数的 SDE 模型进行适定性和相关问题的讨论。
一、奇异系数的定义奇异系数是指随机微分方程中控制随机部分的系数不满足连续偏导数条件，即非光滑，存在某些奇异点。
在 SDE 模型中，通常将奇异点定义为表现出不可微性的点，即导数不存在的点。
这些点通常出现在随机波动特别强烈的区域，如随机噪声的极端值。
例如考虑以下 SDE 模型：```math\\begin{cases}dX_t = \\mu(X_t) dt + \\sigma(X_t) dW_t, \\\\X_0 = x_0,\\end{cases}```其中，$\\mu(x)$ 和 $\\sigma(x)$ 分别是确定性的函数，代表了 $X_t$ 的漂移和波动。
$W_t$ 是标准布朗运动（Brownian Motion），代表了随机波动的一部分。
我们定义一个奇异点为 $x_c \\in [a, b]$，满足 $\\sigma(x_c) = 0$ 或 $\\sigma'(x_c) = 0$。
在这种情况下，$\\sigma(x)$ 不再是常规的光滑函数，而是存在一些局部不光滑的点。
二、奇异系数对 SDE 模型的适定性在普通的 SDE 模型中，为了保证解的适定性，需要满足一定的Lipschitz 条件或者线性增长条件。
在带有奇异系数的 SDE 模型中，由于系数不光滑，所以很难直接应用这些条件。
因此，需要使用一些新的工具和定理来研究这种模型的适定性。
以下我们给出两个典型的奇异系数的 SDE 模型：（1）反演型外部噪声模型```math\\begin{cases}dX_t = - \\alpha X_t^2 dt + \\sqrt{|X_t|} dW_t, \\\\X_0 = x_0,\\end{cases}```它的漂移项是奇异的，服从反演型漂移，它的波动项是可积的。
随机微分方程数值解法
f , g 均为 [ t 0 , T ]上的Borel可测函数，分别被称为漂移系数和扩散
系数。
方程(6)的积分形式为：
y( t ) y( t0 ) f ( s, y( s ))ds g( s , y( s ))dW ( s ),
t0 t0
t
t
(7)
其中的随机积分为Itó 型随机积分。 若将Itó 型随机积分替换为Stratonovich型随机积分，则(7)式 变为 t t y( t ) y( t 0 ) f ( s , y( s ))ds g( s , y( s )) dW ( s ), (8)
注：
1）布朗运动是处处连续的，并且它是处处是不可微的。直观 上来看，这意味着它的运动轨迹相当曲折。
W N (0, t ) ，即W t N (0,1), 2）对于标准布朗运动， 若记随机变量 N (0,1), 则有 W t . 形式上看，当 t 0时，如同普通微积分中的情形，有： dW dt , 由于布朗运动是处处不可微的，此处的 dW只能视为一种简单记 法。
0 t0 t1 t 2 t n t ,
令 t k t k t k 1 (1 k n), max t k ,
1 k n
若随机变量序列
X ( tk 1 )(W ( t k ) W ( t k 1 )), n 1, 2, 3
1 g f ( t , y ( t )) f ( t , y ( t )) ( t , y ( t )) g ( t , y ( t )), 2 y
在矢量情形下，令
1 m d gik f i ( t , y( t )) f i ( t , y( t )) ( t , y( t )) g jk ( t , y( t )), 2 j 1 k 1 y j
随机微分方程
随机微分方程随机微分方程（RDE）是一类在数学物理、工程、生物和社会科学中广泛使用的方程，它们描述了系统中存在的现象，如扩散、涡旋及系统中动力学的变化。
随机微分方程不仅是有效模型研究非线性随机系统，而且可以用来研究各种运动系统，如建筑物动力学、涡旋及垂直运动等。
随机微分方程通常由两部分组成，分别为随机微分方程的微分部分和随机部分。
在随机微分方程的微分部分，有一个变量，它描述了系统中的变化。
在随机微分方程的随机部分，有一个随机变量，它描述了系统中的扰动。
随机变量的取值受噪声因素的影响，可以是随机的，也可以是有规律的。
随机微分方程的主要方法有微分法、函数法和抽象法三种。
微分法求解随机微分方程主要包括解析法、转换法和数值法三类。
解析法利用变量分离、积分变换、积分变量等技巧求解随机微分方程；转换法是把随机微分方程转换成一类新的积分问题，使其可以用积分方法求解；数值法则是使用数值方法求解随机微分方程，包括差分技术和差分进化方法。
函数法是研究以非线性和随机的函数作为系统的动力模型的方法，其研究的核心内容是关于随机函数在随机微分方程空间上的函数变换，从而求解随机微分方程。
抽象法把随机微分方程分解成一类线性系统，并用线性系统的解析和数值解法解决，从而求解实际中的随机微分方程。
随机微分方程具有广泛的应用，可以用来研究扩散性的现象，如扩散现象的实时监测；也可以用来研究各种运动系统，如涡旋、振动以及垂直运动等。
此外，随机微分方程可以用来研究金融市场中的随机现象，如可能出现的风险和投资回报。
总而言之，随机微分方程是一种用于描述非线性随机系统及其动力学行为的有效模型，具有广泛的应用。
举凡物理、工程、生物和社会学等科学领域，都可以利用随机微分方程来描述扩散、涡旋和系统动力学等现象。
随机微分方程的数值求解算法
随机微分方程的数值求解算法随机微分方程是一类常用于描述随机现象的数学模型，它包含了随机项，其解的求解过程相对复杂。
为了解决随机微分方程的数值求解问题，研究者们提出了各种算法和方法。
本文将介绍几种常见的随机微分方程数值求解算法，并探讨其应用和优缺点。
一、欧拉-马尔可夫算法欧拉-马尔可夫算法是随机微分方程数值求解的常用方法之一。
它基于欧拉方法，通过将微分方程离散化为差分方程，再引入随机项进行模拟。
具体来说，将微分方程中的导数项用中心差分或前向差分逼近，然后加上一个服从正态分布的随机项，即可得到欧拉-马尔可夫算法的迭代公式。
该算法简单易行，适用于各种类型的随机微分方程，但对于高维问题和强非线性问题的求解效果可能较差。
二、随机Runge-Kutta方法随机Runge-Kutta方法是一种基于Runge-Kutta方法改进的随机微分方程数值求解算法。
该方法通过引入随机项的高阶导数进行估计，提高了数值解的精度和稳定性。
具体来说，随机Runge-Kutta方法将微分方程离散化为差分方程，再使用Runge-Kutta方法求解差分方程的近似解，同时引入随机项进行模拟。
该算法相比于欧拉-马尔可夫算法，求解效果更好，适用于较复杂的随机微分方程，但计算量较大。
三、随机Taylor展开法随机Taylor展开法是一种基于Taylor展开的随机微分方程数值求解算法。
该方法将随机微分方程展开为无穷级数，通过截断展开后的级数来近似求解。
具体来说，随机Taylor展开法使用随机项的高阶导数来估计微分项的取值，然后通过级数相加得到近似解。
该算法精度较高，适用于低维问题和弱非线性问题，但对于高阶问题的求解可能存在数值不稳定性。
综上所述，随机微分方程的数值求解算法有欧拉-马尔可夫算法、随机Runge-Kutta方法和随机Taylor展开法等多种选择。
在实际应用中，根据问题的具体性质和求解要求，选择合适的算法进行求解是非常重要的。
未来的研究中，还可以通过改进算法的数值稳定性、提高算法的计算效率等方面，进一步完善随机微分方程的数值求解方法。
型随机微分方程与随机时滞微分方程解的研究
型随机微分方程与随机时滞微分方程解的研究随机微分方程是描述随机现象的重要工具，它们被广泛应用于多个领域，例如金融、工程和自然科学。
其中，型随机微分方程和随机时滞微分方程是两种重要的随机微分方程类型。
本文将介绍这两种方程的基本原理以及它们的解的研究进展。
一、型随机微分方程型随机微分方程是一种非马尔可夫性随机微分方程，它包括两个部分：随机分量和相应的非随机分量。
相应的非随机分量通常是通常微分方程的解。
这种方程的一个重要属性是它的解具有保持概率测度的属性。
解类型：型随机微分方程的解可以是各种类型，例如等概率解、正解和稳态解等。
这些解通常需要应用一些数学方法来发现。
数学方法：数学方法主要包括数值方法、概率方法和无界性方法。
其中，数值方法从数值上解决方程，通常使用随机数进行数值模拟；概率方法研究解的概率性质；无界性方法专注于研究无界解的行为。
二、随机时滞微分方程随机时滞微分方程是一种非马尔可夫性随机微分方程，它包含了一个时间滞后的随机过程。
时间滞后可以是一个确定的时间，也可以是一个随机时间。
这种微分方程被广泛应用于许多自然科学，例如社会学和物理学等领域。
解类型：随机时滞微分方程的解有许多类型。
其中，最重要的是平衡解和稳定解。
平衡解表示随机过程的平衡行为，它通常是方程的确定性部分的解；稳定解表示一种概率解，它出现在方程的随机部分的解。
这两种解经常被用来研究随机时滞微分方程在不同管辖域的行为。
数学方法：数学方法可以分为常规方法和不同方法。
常规方法通常使用随机积分技术、随机最大原则和状态空间的技巧等；不同方法使用了时滞的特殊性质，如Laplace变换和概率论技巧等。
总之，型随机微分方程和随机时滞微分方程是两种令人感兴趣的随机微分方程。
它们在数学和应用领域都有广泛的应用。
这两种方程的解决需要各种数学方法，包括数值方法、概率方法和无界性方法。
了解这些方法可以更好地理解并解决这些方程。
随机微分方程课件
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随机微分方程的重要性
近年来，随机微分方程，随机分析有了迅速发展，随 机微分方程的理论广泛应用于经济、生物、物理、自动 化等领域。 在经济领域，用随机微分方程来解决期权定价的问题， 在产品的销售，市场的价格等随机事件中，可根据大量 的试验数据确定某个随机变量，并附加初始条件建立随 机微分方程的数学模型，从而推断出总体的发展变化规 律。 在生物领域，用于揭示疾病的发生规律以及疾病的 传播流行过程，肿瘤演化机制等。 在物理领域，用于布朗粒子的逃逸与跃迁问题，反 常扩散。
X (0) X 0
根据线性随机微分方程解的形式可以求得此微 t bt 分方程的解为：X (t ) e X 0 eb(t s ) dW
0
7
随机微分方程举例
E( X (t )) e 可以求出X的期望：
bt
E( X 0 )
t b ( t s )
E ( X (t )) E (e
随机微分方程——定义
1、随机微分方程的定义：
设X为n维的随机变量,W为m维的维纳运动，b和B是给定 的函数，并不是随机变量，b : R n 0, T Rn ， B : Rn 0, T M nm 那么随机微分方程可以表示成如下形式：
dX b( X , t )dt B( X , t )dW X (0) X 0
从解的形式来看，当t趋于无穷大时，X的渐近分布为正态 分布 N (0, ) ，与初始分布无关。
2
2b
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随机微分方程举例
例3：乌伦贝克过程 布朗运动的另一随机微分方程模型：
bY Y Y (0) Y0 , Y (0) Y1
其中Y(t)是t时刻布朗粒子的位移，Y0与Y1是给定 的高斯随机变量，b>0是摩擦系数，σ是扩散系数， ξ通常为白噪声。 ，即X表示速率，则原方程等价于以下 若 X Y 朗之万方程：
随机微分方程的定义及其应用
随机微分方程的定义及其应用随机微分方程（Stochastic Differential Equation, SDE）是一种常见的随机过程模型，广泛应用于金融、物理、生物和工程等领域。
随机微分方程描述的是包含随机项的微分方程，是确定性微分方程和随机过程的结合体。
在实际应用中，随机微分方程通常用来描述系统的演化过程，如股票价格、气象预测和细胞生长等。
一、随机微分方程的定义随机微分方程包含如下两个部分。
1. 确定性微分方程确定性微分方程表示系统的演化过程，它是包含未知函数（通常表示为$x_t$）及其导数（$dx_t$）的微分方程。
通常采用欧拉方法或改进欧拉方法对其进行求解。
2. 随机项随机项（通常表示为$dW_t$）是为了考虑系统噪声或不确定性而引入的一项。
其中$dW_t$是一个随机过程，表示一个标准布朗运动（Standard Brownian Motion）。
它是一种无法预测的随机变量，具有如下两个特点：（1）它在数学上是连续但处处不可微的。
（2）它的均值为0，方差为t。
由于$dW_t$具有如上两个特点，因此它可以用来模拟真实生活中的一些随机过程，如金融市场、天气预测等。
二、随机微分方程的应用随机微分方程在金融、统计学、生物学和物理学等不同领域中都有广泛应用。
下面将针对其中三个具体应用领域进行介绍。
1. 金融领域随机微分方程在金融领域中的应用已经成为了一种标准方法。
它被用来建立股票价格、波动率与收益率之间的关系、量化风险等。
其中，布莱克﹒斯柯尔斯（Black-Scholes）期权定价模型是其中最为著名的一个。
在这个模型中，股票价格被假设为一个随机微分方程，通过求解这个方程可以得到期权价格。
此外，随机微分方程还被用来建立复杂的金融衍生品定价模型，如利率互换、期权组合等。
2. 生物领域随机微分方程在生物领域中的应用也非常广泛。
例如，在细胞生长模型中，细胞数目被表示为一个随机微分方程。
此外，生物领域中也有很多涉及随机过程的模型，如氧气扩散模型和病毒传播模型等。