Eng Intro_сайт (1137345)

Файл №1137345 Eng Intro_сайт (Parametrix Method and its Applications in Probability Theory)Eng Intro_сайт (1137345)2019-05-20СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

National Research University Higher School of EconomicsInternational Laboratory of Stochastic Analysis and Its ApplicationsAnna KozhinaParametrix Method and its Applications in ProbabilityTheorySummary of the PhD thesisfor the purpose of obtainingPhilosophy Doctor in Mathematics HSEAcademic supervisor:Valentin Konakov Doctor ofScience, professorMoscow – 2018Modelling of many natural phenomena is still a challenging task.

Data and observations which we receive from the real word usually contain a lot of inaccuraciesand noisy factors. Using deterministic models only often makes predictions inefficient and imprecise. Thus, researchers in many fields are forced to apply modelswith additional randomness inside.A possible way to model the uncertainty is to describe dynamics of the processin terms of Stochastic Differential Equations (SDEs further). We are interested instudying Brownian SDEs of the following formZ tZ tZt = z +b(s, Zs )ds +σ(s, Zs )dWs ,(1)00kwhere (Ws≥0 ) is an R -valued Brownian motion on some filtered probability space(Ω, F, (Ft )t≥0 , P), Zt is Rm valued, with m ∈ N possibly different of k. Thecoefficients b, σ are Rm and Rm ⊗ Rk valued respectively and such that a uniqueweak solution to (1) exists.Equation (1) appears in many applied fields varied from physics to finance.

Letus mention Hamiltonian mechanics [Tal02], financial mathematics [JYC10] andbiologic simple epidemic model ([Bai17]; [BY89]).Except from some very specific cases, the SDE (1) cannot be solved explicitlyand it therefore seems natural to investigate some related approximation procedures. The Euler - Maruyama method (usually simply called the Euler method),introduced in the current SDE framework in [Mar55], is still one of the simplesteffective computational methods. Let us fix a finite time horizon T > 0. For agiven integer N , representing the number of time steps to be considered along thetime interval [0, T ], introducing the time step h = T /N and for all t ∈ [0, T ]:ZthZ=z+thb(φ(s), Zφ(s))dsZ+0thσ(φ(s), Zφ(s))dWs ,(2)0Studying the accuracy of the approximation of the scheme proposed in (2) forthe initial SDE (1) two main types of errors are usually considered.

The first oneto be investigated (see e.g. [Mar55], Gikhman and Skorokhod [GS67], [GS82]) wasthe so-called strong error. Namely, for all p ∈ [1, +∞), with the usual Markoviannotations for the processes Zsh , Zs , started from z at the moment 0 it holds:1/pES (T, z, h, p) := Ez [ sup |Zsh,0,z − Zs0,z |p ].(3)s∈[0,T ]When the coefficients in (1) are Lipschitz continuous in space and at least 1/2Hölder continuous in time, it is easily seen from usual stochastic analysis techniques, namely Itô’ s formula Burkholder-Davis-Gundy inequalities and the Gronwall, Lemma that:∃Cp (T, b, σ), ES (T, z, h, p) ≤ Cp (T, b, σ)h1/2 .1On the other hand, in many applications, such as the pricing and hedging offinancial derivatives, only so called weak error, introduced in (1) and (2), is ofinterest.

For a suitable test function f (we remain here a bit vague about thefunction space to which f belongs to), one introduces:EW (T, z, h, f ) := Ez [f (ZTh,0,z )] − Ez [f (ZT0,z )].(4)There are two sets of assumptions which guarantee that the convergence rate forEW (T, z, h, f ) is actually of order h. Namely, if(i) b, σ, f are smooth and without any specific non-degeneracy assumptionsor(ii) b, σ enjoy some structure property (i.e.

the generator associated with (1) iselliptic or hypoelliptic) and some smoothness, and for f that enjoys suitable growthconditions (and that can even be a Dirac mass)then|EW (T, z, h, f )| = |Ez [f (ZTh )] − Ez [f (ZT )]| ≤ C(T, f, σ, b)h.(5)In the both cases the main tool for the analysis is the correspondence betweenEz [f (ZTh )] and the solution of a second order parabolic PDE.

This correspondenceis provided by the Feynman-Kac representation formula. Precisely, under the aboveassumptions we have that, with the usual Markovian notations, v(t, z) := E[f (ZTt,z )]solves((∂t + Lt )v(t, z) = 0, (t, z) ∈ [0, T [×Rm ,(6)v(T, z) = f (z), z ∈ Rm ,where1 Lt v(t, z) = hb(t, z), ∇z v(t, z)i + Tr a(t, z)Dz2 v(t, z) , a(t, z) := σσ ∗ (t, z),2is the generator associated with (1).

Assuming some smoothness on v, one can2writeEW (T, z, h, f )= E[f (ZTh,0,z )] − E[f (ZT0,z )] =N−1XE[v(ti+1 , Zth,0,z) − v(ti , Zth,0,z)]i+1i(7)i=0=N−1XhZEti+1tii=0n∂s v(s, Zsh,0,z ) + ∇z v(s, Zsh,0,z )b(ti , Zth,0,z)i−1 h Z ti+1 no i NXoi1h,0,zTr(Dz2 v(s, Zsh,0,z )a(ti , Zth,0,z))ds=E∂v+Lv(Z)dssssi2tii=0h Z ti+1 n+ E∇z v(s, Zsh,0,z ) · (b(ti , Zth,0,z) − b(s, Zsh,0,z ))i+tio i1h,0,zTr(Dz2 v(s, Zsh,0,z )(a(ti , Zth,0,z)−a(s,Z)))ds+si2N−1 h Z ti+1 nXE∇z vε (s, Zsh,0,z ) · (b(ti , Zth,0,z) − b(s, Zsh,0,z ))=ii=0+tio i1Tr(Dz2 v(s, Zsh,0,z )(a(ti , Zth,0,z) − a(s, Zsh,0,z ))) ds ,i2exploiting the PDE satisfied by v for the last equality and Itô formula for the thirdequality. For a functionf in Cb2+β (Rk , R), ∀β ∈ (0, 1] the spatial derivatives of vup to order two are globally bounded on [0, T ].

Through Taylor like expansions,whenever (i) or (ii) holds, one can control (8), deriving that each contribution in(8) has the order h2 . This leads to the error of order h achieved after summingfrom 0 to N − 1.In case (i), which was considered among the others in the seminal paper byTalay and Tubaro [TT90], the smoothness of v is simply derived via stochastic flowtechniques. In case (ii) let us mention that in the hypoelliptic setting (see Section4.1.1 for additional details on hypoellipticity), Bally and Talay [BT96a], [BT96b]established (5) for bounded Borel functions f and Dirac masses.

It respectivelybases on the controls of Kusuoka and Stroock [KS84], [KS85] for the derivatives ofthe density of the diffusion process. We carefully mention that, for this method,which anyhow allows to consider a broad class of potential degeneracies, to apply,the coefficients are assumed to be smooth. The estimates on the tangent processesand Malliavin matrices in the works by Kusuoka and Stroock indeed require sucha smoothness. In the uniformly elliptic case yet another approach has been developed by Konakov and Mammen [KM00], [KM02] which is based on parametrixexpansions.Parametrix expansions, which roughly consists in approximating the density ofa process with variable coefficients by the density of the corresponding dynamicswith constant coefficients, have been a successful tool in many fields.

In particular,when a good proxy is available (which is, for instance, the case the coefficients bad σ in (1) are non-degenerate and bounded), parametrix allowed to derive the3(8)controls required for the analysis of the weak error under rather mild assumptions. We can mention the work of Il’in et al. [IKO62], who derived Gaussianheat kernel for the density of (1) for bounded Hölder coefficients when σσ ∗ isnon-degenerate. Similar bounds have been successfully exploited by Konakov andMenozzi [KM17] to derive, in the non-degenerate Hölder continuous setting, thatfor b, σ ∈ C γ/2,γ ([0, T ], Rk ), γ ∈ (0, 1] and f ∈ C β (Rk , R), β ∈ (0, 1]:|EW (T, z, h, f )| = |Ez [f (Zsh )] − Ez [f (Zs )]| ≤ C(T, f, σ, b)hγ/2 ,(9)improving the previous result by Mikulevičius and Platen [MP91] who also obtainedthe bound (9) for a function f ∈ C 2+γ (Rk , R).

This additional smoothness wasdue to the fact that they based their analysis on the associated Schauder estimates(which could already be found in [IKO62]). Going directly to the heat-kernel allowsto notably alleviate the smoothness assumptions on the final condition, which mightbe useful for applications.Intuitively, the above convergence rate can be explained by the fact that, in thelow regularity setting, the terms of order greater than one in the telescopic sum(7) cannot be expanded much further. Namely, we can only exploit the γ-Höldercontinuity of the coefficients which leads to an error controlled by the incrementshhE[|b(s, Zsh ) − b(φ(s), Zφ(s))|] + E[|a(s, Zsh ) − a(φ(s), Zφ(s))|] ≤ C(b, σ)hγ/2 .In other words, the convergence rate is closer to the one associated with the strongerror in (3).For many applications, e.g.

for neuro-sciences or diffusions in random media,it is far important to handle rougher coefficients, for instance piecewise smoothdrifts in (1). In that case, the previously mentioned heat-kernel bounds do nothold. Motivated by the investigation of the related weak error for Dirac massestest functions, we have developed, with V. Konakov and S. Menozzi, a sensitivityanalysis of the density of (1) (when suitable good Gaussian bounds exist) with respect to a perturbation of the coefficients. This is the first main result of the Thesiswhich led to the publication [KKM17] and is thoroughly developed in Chapter 3.Namely, let us introduce the SDE of the form:dXt = b(t, Xt )dt + σ(t, Xt )dWt , t ∈ [0, T ],dddd(10)dwhere b : [0, T ] × R → R , σ : [0, T ] × R → R ⊗ R are bounded coefficientsthat are measurable in time and Hölder continuous in space (this last conditionwill be relaxed for the drift term b).

Also, a(t, x) := σσ ∗ (t, x) is assumed to beuniformly elliptic. In particular, those assumptions guarantee that (10) admits aunique weak solution, see e.g. Bass and Perkins [BP09], [Men11], from which theuniqueness to the martingale problem for the associated generator can be derivedunder the current assumptions.We now introduce, for a given parameter ε > 0, a perturbed version of (10)with dynamics:(ε)dXt(ε)(ε)= bε (t, Xt )dt + σε (t, Xt )dWt , t ∈ [0, T ],4(11)where bε : [0, T ] × Rd → Rd , σε : [0, T ] × Rd → Rd ⊗ Rd satisfy at least the sameassumptions as b, σ and being meant to be close to b, σ when ε is small.It is known that, under the previous assumptions, densities of processes (Xt )t≥0 ,(ε)(Xt )t≥0 exist and satisfy some Gaussian bounds, see e.g Aronson [Aro59] or[DM10] for extensions to some degenerate cases.In the Chapter 3 we investigate, applying the parametrix technique, how thecloseness of (bε , σε ) and (b, σ) is reflected on the respective densities of the associated processes.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
277 Kb
Высшее учебное заведение

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации

Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6390
Авторов
на СтудИзбе
307
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее