維納-伊藤積分(Wiener-Ito integral)
/ VEE-ner EE-toh /
維納-伊藤積分是每個維納混沌的具體實現:它把一個確定性核對 n 份白噪音積分,產生恰好落在第 n 混沌的隨機變數。n = 1 時它是普通的維納積分 integral f dB(確定性函數);一般 n 時它是建構混沌分解較高層的多重隨機積分。它讓你把混沌元素寫成積分,而非抽象的厄米組合。
單重(n = 1)積分:對 f in L^2(R_+),定義 I_1(f) = integral f(t) dB_t,為中心化高斯,E[I_1(f)^2] = integral f(t)^2 dt(伊藤/維納等距);這就是第一混沌。多重(n 重)積分:對對稱核 f in L^2((R_+)^n),I_n(f) = n! 乘以遞增單純形上的迭代積分 integral_(t_1 < t_2 < ... < t_n) f dB_(t_1) ... dB_(t_n),等價於 f 在整個 (R_+)^n 上去掉對角線的積分。關鍵事實是等距 E[I_n(f) I_n(g)] = n! < f_sym, g_sym >_(L^2) 以及跨階正交,E[I_m(f) I_n(g)] = 0(m != n)。與厄米多項式的橋樑:若 ||h|| = 1 則 I_n(h tensor ... tensor h) = H_n(I_1(h)),故張量冪的多重積分恰為第一混沌變數的厄米多項式。必須排除對角線 {t_i = t_j};在其上積分會重新引入 (dt) 項並破壞等距——這是伊藤修正在多重積分中的影子。
重要性:映射 f -> I_n(f) 是從對稱 L^2 核到第 n 混沌的(重新標度的)等距,故整個混沌分解化為「F = sum I_n(f_n),對唯一的對稱核序列 f_n」。這是馬利亞萬計算、鞅表示定理(每個 L^2 布朗泛函都是某個可預測被積函數的單一伊藤積分——其一階 Clark-Ocone 項)、以及固定混沌中泛函的定量中央極限定理背後的表示。提醒:它確實是 n「線性」的,且對角線必須去除;天真地把 integral f dB 取冪「不」會得到 I_n。
當 ||f|| = 1,雙重積分 I_2(f tensor f) 等於 (integral f dB)^2 - integral f^2 dt = Z^2 - 1 = H_2(Z),其中 Z = integral f dB 為標準常態。減去 integral f^2 dt 正是去掉對角線 {t_1 = t_2};沒有它你會得到 Z^2,而它因平均非零而不在第 2 混沌中。
去掉對角線把 Z^2 變成 Z^2 - 1 = H_2(Z):多重維納積分恰好落在第二混沌。
多重維納積分須刪去對角線;在其上積分會重新引入伊藤的 (dt) 修正,故 integral f dB 的冪「不」等於 n 重積分。