伊藤-斯特拉托諾維奇轉換(Ito-Stratonovich conversion)
/ EE-toh / strah-tuh-NOH-vich /
既然伊藤與斯特拉托諾維奇積分確實相異,你便需要一本字典在兩者之間翻譯——而你確實時時需要,因為模型以一種約定寫成卻以另一種來分析(或模擬、或避險)。伊藤-斯特拉托諾維奇轉換正是這本字典:它是關聯兩種積分的明確公式,而差別恰是某個二次協變差的一半。掌握它,你便能把物理動機的斯特拉托諾維奇 SDE 改寫成伊藤 SDE 以使用鞅機制(反之亦然)。
在積分層次,轉換為 integral_0^t H o dX = integral_0^t H dX + (1/2) [H, X]_t,其中圓圈是斯特拉托諾維奇、裸的 d 是伊藤、[H, X] 是積分子過程 H 與積分子 X 的二次協變差。實務上重要的形式在 SDE 層次。斯特拉托諾維奇 SDE dX = b(X) dt + sigma(X) o dB 等價於伊藤 SDE dX = (b(X) + (1/2) sigma(X) sigma'(X)) dt + sigma(X) dB;額外的漂移項 (1/2) sigma sigma'(即伊藤-斯特拉托諾維奇修正,又稱偽漂移或噪音誘導漂移)之所以出現,是因為在斯特拉托諾維奇積分中,積分子 sigma(X) 本身是擴散中的 X 的函數,故 [sigma(X), B] = sigma'(X) sigma(X) dt 不為零。在多維中,修正變為 (1/2) sum_{j,k} sigma^{jk} partial_j sigma^{ik},與多維伊藤公式中相同的「與擴散作跡」結構。反方向(伊藤到斯特拉托諾維奇)則減去同一項。
為何在實務中重要。翁-扎凱定理說由白噪音光滑逼近所驅動的 SDE 收斂到斯特拉托諾維奇版本,故由「真實的」帶限噪音建構的物理與工程模型天然是斯特拉托諾維奇的;但鞅、無套利與數值(歐拉-丸山)機制天然是伊藤的,於是你轉換。兩個 SDE 唯有加上修正漂移後才有相同的解路徑——它們並非同一方程式。誠實的提醒:(1) 轉換要求 sigma 可微(公式含 sigma'),而伊藤 SDE 本身對僅利普希茨的 sigma 即可有意義——故一個適定的伊藤 SDE 未必有斯特拉托諾維奇形式。(2) 兩種約定恰在 sigma 為常數(加性噪音)時一致(修正為零),因屆時 sigma' = 0;差異純粹是乘性噪音的特徵。(3) 修正是漂移而非擴散的改變:它移動平均行為,使噪音係數 sigma 保持不變。
幾何布朗運動通常以伊藤形式寫成 dS = mu S dt + sigma S dB。其斯特拉托諾維奇形式為 dS = (mu - sigma^2/2) S dt + sigma S o dB:斯特拉托諾維奇漂移小了 (1/2) sigma sigma' = (1/2) sigma * sigma = sigma^2/2(此處噪音係數為 sigma(S) = sigma S,故 sigma'(S) = sigma)。等價地,把斯特拉托諾維奇方程轉回伊藤,會在漂移上加上 sigma^2/2 項——明確字典的實際運作。
擴散係數相同,漂移相差 (1/2) sigma sigma';轉換項是純粹的乘性噪音效應,對加性噪音為零。
轉換需要 sigma 可微,且只改變漂移(改變 (1/2) sigma sigma'),絕不改變擴散;對加性(sigma 為常數)噪音兩種約定一致,故伊藤與斯特拉托諾維奇的選擇只在乘性噪音時才重要。