連續時間選擇停止定理(optional stopping in continuous time)
停時 T 是一個可由過去判定的隨機時間:對每個 t,{T <= t} 屬於 F_t(連續時間用 <= 而非 < 正是因為右連續性)。選擇停止斷言:鞅在停時取樣時仍保持公平:E[M_T] = E[M_0],更一般地 M 沿停時仍是鞅,對停時 S <= T 有 E[M_T | F_S] = M_S。它是用鞅做計算最常用的工具——擊中機率、預期離出時間、賭徒破產型恆等式——而連續時間版本帶有不能捨棄的真實假設。
精確陳述:設 (M_t) 為 cadlag 鞅、S <= T 為停時。若 T 有界(T <= c 幾乎必然),則 E[M_T | F_S] = M_S。T 的有界性至關重要;要容許無界 T 需要可積性的升級,最乾淨的是一致可積性:若 M 是 UI 鞅(等價地,被某可積 X 所閉,故 M_t = E[X | F_t]),則對所有停時 S <= T(含 T = infinity,此時 M_infinity 為閉合)皆有 E[M_T | F_S] = M_S。無界 T 的其他充分條件包括:M 被某可積隨機變數控制,或 M_{T and t} 在 t 上一致可積。連續時間的證明通常以由上而下的二進逼近將 T 離散化(藉右連續性使逼近仍為停時),再利用 cadlag 路徑與杜布收斂定理取極限。
選擇停止最需要誠實,因為天真的 E[M_T] = E[M_0] 在缺乏假設時是錯的。布朗運動是鞅,但若 T 為首次擊中水準 1 的時間,則 M_T 恆為 1,故 E[M_T] = 1 != 0 = E[M_0]——T 幾乎必然有限但無界,且 B 非 UI。指數鞅 exp(B_t - t/2) 停止後不收斂到任何閉合變數。補救之道永遠是驗證以下其一:T 有界、一致可積、被控制、或 L^p 控制。將選擇停止與巧選的鞅配對(常與二次變差鞅 M_t^2 - <M>_t 並用)是求離出分布與 Wald 型恆等式的標準途徑。
對自 x 屬於 (0,1) 出發的布朗運動,令 T 為離開 (0,1) 的時間。因 B 為連續鞅且 T 幾乎必然有限、B_{T and t} 有界(UI),選擇停止給出 x = E[B_0] = E[B_T] = 1·P(先擊中 1) + 0·P(先擊中 0),故先到達 1(而非 0)的機率恰為 x。
離出前有界使 B_{T and t} 一致可積,這正是讓選擇停止在無界離出時間上合法的原因。
E[M_T] = E[M_0] 可以是徹底錯誤:對布朗運動與 T = 首次擊中 1,E[M_T] = 1 而非 0——套用前務必檢查有界性、一致可積性或被控制性。