同位常態高斯過程與白噪音(isonormal Gaussian process and white noise)
同位常態高斯過程是最乾淨、最抽象的高斯對象:不以時間 t 為指標,而以希爾伯特空間 H 的元素 h 為指標,使 H 的幾何被「完全複製」進共變異數。白噪音是 H = L^2(某測度空間)時的具體特例,它是「布朗運動的隨機導數」——作為普通函數不存在,但作為這個以希爾伯特空間為指標的高斯族確實存在。
精確地說,給定可分希爾伯特空間 H,同位常態高斯過程是中心化高斯族 W = (W(h))_(h in H),滿足 E[W(g) W(h)] = < g, h >_H。故 W 是從 H 到第一混沌的線性等距:它把向量的內積化為高斯變數的共變異數,把正交向量化為獨立高斯。當 H = L^2(R_+) 且記 W(1_[0, t]) =: B_t 時,所得 B 恰為布朗運動,因 E[B_s B_t] = < 1_[0, s], 1_[0, t] > = min(s, t)。映射 h -> W(h) 即維納積分,W(f) = integral f dB,而噪音 W 本身即白噪音:一個高斯隨機測度,對不相交集合指派獨立的中心化高斯,其變異數為集合的大小。白噪音並非在單點取值的過程;只有它對 L^2 試驗函數的積分才是真正的隨機變數。
重要性:同位常態圖像剝去指標集,只留線性代數的精髓,因此一次證得的定理(維納混沌分解、馬利亞萬計算、奧恩斯坦-烏倫貝克半群)便經由各自的 RKHS「同時」適用於「所有」高斯過程。提醒正是白噪音的奇異本性:dB/dt 不逐點存在,integral f dB 對 f in L^2 有定義,但白噪音的「樣本路徑」是分布而非函數——這正是為何需要隨機積分(伊藤)而非普通積分。
取 H = L^2[0, 1] 與標準正交基 e_1, e_2, ...。則 xi_n := W(e_n) 為獨立標準常態,且 W(h) = sum < h, e_n > xi_n。重建布朗運動:B_t = W(1_[0, t]) = sum (integral_0^t e_n) xi_n——這個隨機傅立葉型級數的增量獨立,因為正交的指示函數映為獨立高斯。
同位常態過程把 H 的幾何複製進共變異數;取 H = L^2 使 W 成為白噪音、W(1_[0,t]) 成為布朗運動。
白噪音沒有逐點值:只有積分 integral f dB(f in L^2)才是隨機變數;「布朗運動的導數」作為分布存在,而非函數。