高斯過程的樣本路徑連續準則(sample-path continuity criteria)
柯爾莫哥洛夫存在定理造出高斯過程,卻對其樣本路徑是否連續、有界、抑或無可救藥地不規則隻字未提。連續(與有界)準則填補此缺口:它們給出對共變異數、或對度量熵的可檢驗條件,使過程的某個版本具連續路徑。對高斯過程,答案異常乾淨——連續性完全由指標集在過程自身度量下的幾何主宰。
有兩條標準路線。(1) 柯爾莫哥洛夫連續性準則(不限高斯):若 E[ |X_s - X_t|^p ] <= C |s - t|^(1 + beta)(某 p, beta > 0),則 X 有一版本,其路徑為任意階 < beta/p 的 Holder 連續。對高斯過程,因 E[(X_s - X_t)^2] = d(s,t)^2 且高階動差是二階的冪次,此僅需典範距離 d(s, t) = sqrt(E[(X_s - X_t)^2]) 的多項式界,便給出 Holder 路徑。(2) 熵準則(Dudley,對高斯銳利):以全有界 (T, d) 為指標的中心化高斯過程,只要 Dudley 熵積分收斂 integral_0^infinity sqrt( log N(T, d, epsilon) ) d epsilon < infinity,便有一版本具有界、一致連續的樣本路徑。界定 E[sup] 的同一積分也迫使連續性,因為鏈式不僅控制上確界,更控制每個尺度上的連續模。要使上確界僅僅有限(有界性),此熵積分收斂本質上即正確條件;Talagrand 的優控測度定理使刻畫精確。
重要性:這些準則是你得以把高斯過程當作隨機連續函數(C(T) 的元素)的依據,而這正是 C(T) 上高斯測度、上確界可測、以及布朗運動李維連續模的前提。誠實的細節:連續性是某個「版本」的性質(你選取一個連續代表;乘積空間構造中並非每個實現都連續),且熵條件充分但作為單一積分可能非必要——精確準則需優控測度,而非僅覆蓋數。
布朗運動:E[(B_s - B_t)^2] = |s - t|,故 E[|B_s - B_t|^4] = 3|s - t|^2 = 3|s-t|^(1 + 1)。柯爾莫哥洛夫準則取 p = 4、beta = 1,得到具 Holder-(< 1/4) 路徑的版本;把動差指數推高可得任意階 < 1/2 的 Holder,即布朗運動的銳利正則性。無論如何,連續版本存在。
增量的多項式動差界給出 Holder 連續的布朗路徑;熵積分是更銳利的高斯準則。
連續性是所選「版本」的性質,且熵積分充分但非必要;連續/有界的精確刻畫需優控測度。