卜瓦松過程與點過程

複合卜瓦松過程(compound Poisson process)

事件本身常常帶有一個隨機的大小,而你關心的是這些大小的累計總和,不只是計數。保險公司關心理賠的總金額,而非理賠的件數;網站關心供給的總位元組,而非請求的件數。複合卜瓦松過程追蹤的正是這個:事件按卜瓦松過程到達,每個事件帶來一個獨立的隨機數量,你把它不斷加總。

形式上,令 N(t) 為速率 lambda 的卜瓦松過程,並令 Y1, Y2, Y3, ... 為獨立同分布的跳躍大小,與 N 獨立。複合過程是隨機和 X(t) = Y1 + Y2 + ... + Y_{N(t)}——把到時刻 t 為止所有已發生事件的大小加起來(若一個都沒有則 X(t) = 0)。項數「與」各項都是隨機的。它的平均藉由取條件而出奇地簡單:E[X(t)] = E[N(t)] * E[Y] = lambda*t*E[Y]。它的變異數由全變異數公式給出,為 Var(X(t)) = lambda*t*E[Y^2](注意:是 Y 的「二階動差」,而非其變異數——一個常見的失誤)。所以你把每事件的統計量按期望事件數放大。

這是累積的、塊狀風險的標準模型。在保險中它是經典的總理賠模型;在金融中它出現在資產價格的跳躍模型;在存貨中它建模總需求。兩個誠實的警告:X(t) 一般「不」服從卜瓦松分配(只有當每個 Y 恰好是 1,即普通計數時才是卜瓦松),而且它的分布通常沒有漂亮的封閉形式——你會借助它的特徵函數或動差母函數,或者用模擬。乾淨的部分是動差,取條件的論證立刻把它交給你。

理賠按 lambda = 5(每天)為卜瓦松到達;每筆理賠的大小 Y 有平均 E[Y] = 2000 元、E[Y^2] = 9,000,000。每日總理賠 X(1) 的平均為 5*2000 = 10,000 元、變異數為 5*9,000,000 = 45,000,000,故標準差約 6708 元。注意我們用的是 E[Y^2],而非 Var(Y)。

一個隨機和:隨機計數乘以隨機大小。E[X(t)] = lambda*t*E[Y],Var = lambda*t*E[Y^2]。

複合總和 X(t) 「不」是卜瓦松(除非每次跳躍都等於 1),且其變異數用的是 E[Y^2](二階動差),而非 Var(Y)。

又稱
random sum processPoisson sum複合卜瓦松過程隨機和過程