隨機微分方程

吉爾薩諾夫定理(Girsanov theorem)

/ gir-SAH-nov /

吉爾薩諾夫定理告訴你:當你重新加權機率測度時,布朗運動——因而擴散——的分布如何改變。最重要的事實是,你可以藉切換到一個等價測度為布朗運動「加上」漂移,反之也可以同樣方式「移除」漂移。它回答的實務問題是:給定一個帶某漂移的過程,我能否找到一個等價機率,使它在其下帶不同(常較簡單)的漂移,而擴散部分不變?答案是肯定的,配方是一個顯式的拉東-尼科迪姆密度。

精確地說,設 B_t 在 P 下是布朗運動,theta_t 是適應過程。定義隨機指數 Z_t = exp( integral_0^t theta_s dB_s - (1/2) integral_0^t |theta_s|^2 ds ),它是局部鞅(Doleans-Dade 指數)。若 Z 是真鞅且 E[Z_T] = 1——例如由諾維科夫條件 E[ exp((1/2) integral_0^T |theta_s|^2 ds) ] < infinity 保證——則 dQ = Z_T dP 在 F_T 上定義一個與 P 等價的機率測度 Q,且在 Q 下過程 B-tilde_t = B_t - integral_0^t theta_s ds 是布朗運動。對 SDE 來讀:若在 P 下 dX = b(X) dt + sigma(X) dB,則選 theta 以吸收漂移變化後,在 Q 下同一 X 滿足 dX = b-new(X) dt + sigma(X) dB-tilde,擴散 sigma 不變、漂移為新的。擴散係數在測度變換下不變;只有漂移會動。這正是兩個僅在(合適的)漂移上不同的 SDE 互為絕對連續的原因。

吉爾薩諾夫無所不在:它是風險中性定價的引擎(移除真實世界漂移、代之以無風險利率,得到等價鞅測度)、是擴散的概似比統計與假設檢定、是重要性抽樣、是 SDE 的弱存在(藉傾斜掉一個棘手漂移來建弱解)、以及隨機控制與濾波的引擎。誠實、不可丟棄的假設:Z 必須是真鞅而不只是局部鞅——若 E[Z_T] < 1(嚴格局部鞅),建構失敗,你得不到機率測度;你要檢查的是諾維科夫(或較弱的 Kazamaki)條件。而且只有等價的測度變換可用:你可以改漂移,但不能改擴散係數(那會改變二次變差,而二次變差是路徑可測的,故在任何等價測度下相同),也不能創造或消滅正機率的事件。

把帶漂移的布朗運動變成無漂移的:若在 P 下 dX = mu dt + dB,取 theta = -mu 使 Z_T = exp(-mu B_T - mu^2 T/2)。諾維科夫成立(mu 為常數),在 dQ = Z_T dP 下過程 X_t = mu t + B_t 是 Q-布朗運動。在金融中這就是從真實世界測度轉到風險中性測度的步驟。

一行的吉爾薩諾夫:用隨機指數重新加權可把漂移轉成零(或反之)。

密度 Z 必須是真鞅(E[Z_T] = 1);若它只是嚴格局部鞅(E[Z_T] < 1),你得不到機率,吉爾薩諾夫失效——請檢查諾維科夫條件。你可以改漂移但永遠改不了擴散係數:二次變差在等價測度下不變。

又稱
Cameron-Martin-Girsanov theoremchange of drift by change of measure吉爾薩諾夫定理測度變換改變漂移