布朗運動進階理論

伊藤漂程理論(Ito excursion theory)

/ Ito: EE-toh /

在連續兩次造訪零點之間,布朗運動做出一段漂程:它離開 0,漫遊(向上或向下),再回到 0。伊藤漂程理論是把整條路徑分解為其各漂程的宏大方法,其組織方式不是按普通時鐘時間,而是按 0 處的「局部時」,而漂程族構成一個由單一無窮測度——伊藤漂程測度——所主宰的卜瓦松點過程。

構造如下:設 L_t = L_t^0 為 0 處局部時,令 tau_l = inf{ t : L_t > l } 為其右連續反函數(一個穩定-1/2 從屬過程)。當局部時 l 推進,閉零集的空隙即為漂程區間,每一個都附帶一段漂程 e_l——該區間上的路徑,平移到從 0 出發並在時間上重新置中。伊藤定理說,由 (局部時, 漂程) 配對所成的點過程 { (l, e_l) } 是 (0, infinity) x (漂程空間) 上的卜瓦松點過程,強度為 dl x n(de),其中 n 是漂程路徑空間上的 σ-有限測度,稱伊藤漂程測度。測度 n 是「無窮」的——對每個 epsilon,n(長度 > epsilon 的漂程) 有限,但 n(所有漂程) = infinity,因為任一局部時區間內都發生無窮多段微小漂程。在 n 之下,漂程時長 zeta 具穩定-1/2 型尾部 n(zeta > t) = 1 / sqrt(2 pi t)(單側密度 n(zeta in dt) 正比於 t^(-3/2)),反映首達尺度律;在給定其長度的條件下,漂程是一個類布朗橋的物件(從 0 到 0 的 Bessel(3) 橋)。

重要性:漂程理論是通往許多經典布朗事實最乾淨的途徑——反正弦律(帶號漂程長度之和)、漂程內最大值的分布、Ray-Knight 定理(局部時作為水平的函數,由漂程拼成)、以及斜布朗運動的構造(以機率 p 獨立翻轉每段漂程的符號)。它透過伊藤-Maisonneuve 理論推廣到任何良好的馬可夫過程,並且是 Williams 路徑分解的機率骨幹。誠實的微妙之處:漂程以局部時為索引,「而非」真實時間——從局部時到真實時間的映射是穩定從屬過程 tau_l,它純跳躍,而 n 的無窮性並非缺陷,而是「零集是由無窮多段消失漂程累積而成的測度零碎形」這一事實的精確陳述。

為每段離開 0 的布朗漂程獨立著色:以機率 p 保持為正,以機率 1 - p 翻轉為負。因為漂程在伊藤測度下構成卜瓦松過程,結果仍是一個強馬可夫過程——參數 p 的斜布朗運動。

離開 0 的漂程在局部時中構成卜瓦松點過程,由無窮的伊藤漂程測度所主宰。

漂程以局部時、而非真實時間為索引,且伊藤測度 n 是無窮的(σ-有限):每個局部時區間內都發生無窮多段短漂程——這正是建構出測度零零集之物。

又稱
excursion theoryIto measure of excursions漂程理論漂程的伊藤測度