布朗運動與隨機微積分

Girsanov 定理(Girsanov's theorem)

/ geer-SAH-nov /

想像你有一個帶著惱人漂移的布朗運動——比方說它傾向往上漫遊——而你希望它沒有漂移、是一個乾淨的公平鞅。你無法改變路徑本身;它們就是它們。但你「可以」改變機率權重:保留同樣的路徑,卻重新加權哪些路徑是「可能的」,在新的加權之下,同一個過程看起來就完全沒有漂移。Girsanov 定理是這個手法的精確配方。它告訴你如何傾斜你的機率測度,以對布朗運動加上或移除漂移,同時保持一切一致。

其機制是透過一個重新加權因子的測度變換。你把原本的機率 P 換成一個新的機率 Q,兩者由一個乘性密度(一個 Radon-Nikodym 導數)相關聯:Q 賦予每條路徑的,是 P-機率乘以一個指數權重。具體來說,要移除一個漂移 theta,你用指數鞅 exp(-theta B(t) - (1/2) theta^2 t) 重新加權。Girsanov 定理說,在新測度 Q 之下,過程 B(t) + theta t 是一個標準的(無漂移)布朗運動。漂移並沒有從路徑中被刪除——它被吸收進「什麼算可能」的重新定義裡。這兩個測度對「哪些事件是可能的」意見一致(它們是「等價」的:沒有一方把另一方允許的稱為不可能);它們只在勝算上意見不同。

這是現代數理金融的祕密引擎。Black-Scholes 價格可以寫成一個期望的折現收益——但「只有」在切換到一個特殊的「風險中立」測度之後,在該測度下每項資產都以無風險利率漂移。Girsanov 就是授權那次切換的東西:它把真實世界的漂移 mu 變成無風險利率 r,使得價格成為折現收益的期望(資產定價基本定理)。它也支撐著擴散的概似比、以及蒙地卡羅中的重要性抽樣。誠實的提醒:重新加權只調整「漂移」——它無法改變波動率(擴散係數是測度不變的)。而測度變換必須是「等價」的,所以它只能移除不太狂野的漂移;指數權重本身必須是一個真正的鞅(Novikov 條件),否則整套建構就崩潰。

一檔股票在真實世界機率下以 mu = 10 % 漂移,但選擇權應在風險中立測度下定價,在該測度下它以無風險利率 r = 4 % 漂移。Girsanov 定理說:重新加權路徑,使漂移從 10 % 移到 4 %,而波動率原封不動。選擇權的公平價格於是就是在這個重新加權測度下折現的期望收益。

重新加權路徑改變漂移,卻絕不改變波動率;可能的事件仍然可能。

Girsanov 只能改變「漂移」,絕不能改變波動率,而且兩個測度必須等價(對什麼是可能的意見一致)。重新加權因子本身必須是真正的鞅(Novikov 條件),否則定理失效。

又稱
change of measurechange of drift測度變換漂移變換定理