無窮可分律與李維過程

卜瓦松隨機測度(Poisson random measure)

/ PWA-sohn /

卜瓦松隨機測度是卜瓦松過程的高維推廣:它不是在時間線上計數點,而是計數散落於任意測度空間中的點,互斥區域中的點數獨立且服從卜瓦松分布。它正是同時記錄李維過程所有跳躍的對象——每個跳躍是(時間,跳幅)空間中的一個點——也是李維-伊藤分解中的積分子。

給定空間 E 上的 sigma-有限測度 mu(強度),卜瓦松隨機測度 N 是一個隨機計數測度,使得 (i) 對任意可測 A,N(A) 服從均值 mu(A) 的卜瓦松分布(若 mu(A) = infinity 則 N(A) = infinity 幾乎必然),且 (ii) 對互斥的 A_1, ..., A_n,計數 N(A_1), ..., N(A_n) 相互獨立。對李維過程,跳躍構成 (0, infinity) x (R\{0}) 上強度為 dt nu(dx) 的卜瓦松隨機測度:時間區間 (s, t] 內大小落在 B 中的跳躍數服從均值 (t-s) nu(B) 的卜瓦松。對它積分測試函數:f(s, x) 對 N(ds, dx) 的積分實際上把 f 在跳躍點上求和,而主公式 E[exp(積分 f dN)] = exp(積分 (e^f - 1) d mu)(指數/坎貝爾公式)生成所有拉普拉斯泛函。

卜瓦松隨機測度是整個跳躍理論的嚴格基礎:補償測度 N - dt nu 給出小跳躍鞅,李維-伊藤分解是對 N 的積分,而跳躍隨機微積分(帶跳躍的伊藤公式)以對 N 及其補償項的積分書寫。須理清的微妙處:當 mu 無窮(如無窮李維測度在零附近)時點的總數無窮,故原始積分 f dN 未必收斂——對在零附近無界的被積函數須用補償測度,這正是小跳躍需要補償的原因。

把李維過程的每個跳躍畫成座標為(跳躍時間,跳躍大小)的一個點。所得的散點圖是 (0, infinity) x (R\{0}) 上強度為 dt nu(dx) 的卜瓦松隨機測度之實現:若 nu 在大小 0 附近無窮則點在那裡密集,對大尺寸則稀疏。計數方框 (s,t] x B 中的點得一個 Poisson((t-s)nu(B)) 變數。

每個李維跳躍是一個點;點雲即卜瓦松隨機測度。

當強度無窮(李維測度在零附近無窮)時點有無窮多個,故對在 0 處衰減不夠快的被積函數,f dN 的積分發散——須用補償測度 N - dt nu。坎貝爾公式 E[e^(integral f dN)] = e^(integral (e^f - 1) d mu) 是主力工具。

又稱
PRMPoisson point process卜瓦松點過程