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费曼-卡茨公式

指数 费曼-卡茨公式

费曼-卡茨公式是一个数学公式与定理,得名于理查德·费曼和马克·卡茨,将随机过程和抛物型偏微分方程结合在一起。使用费曼-卡茨公式可以通过将某些抛物型偏微分方程的解写成随机过程的条件期望的方式,从而将求此类微分方程的数值解转化为模拟随机过程的路径。反过来,此一类随机过程的期望可以通过确定性的计算(偏微分方程求解)得到。考虑偏微分方程: 其中的 \mu,\ \sigma,\ \psi, V 是已知的函数, \ T 是给定的参数, u:\mathbb\times\to\mathbb 是所求的解函数。费曼-卡茨公式声明,这个偏微分方程的解函数可以写成某个随机过程的(条件)期望: 其中\ X.

目录

  1. 17 关系: 偏微分方程多項式定理导数伊藤引理伊藤积分微分方程公式理查德·費曼维纳过程随机过程隨機漫步转置矩阵连续函数蒙地卡羅方法条件期望数学

  2. 拋物型偏微分方程
  3. 理查德·费曼
  4. 金融数学
  5. 随机过程

偏微分方程

偏微分方程(partial differential equation,缩写作PDE)指含有未知函数及其偏导数的方程。描述自变量、未知函數及其偏导數之間的關係。符合這個關係的函数是方程的解。 偏微分方程分為線性偏微分方程式與非線性偏微分方程式,常常有幾個解而且涉及額外的邊界條件。.

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多項式

多项式(Polynomial)是代数学中的基础概念,是由称为未知数的变量和称为系数的常数通过有限次加减法、乘法以及自然数幂次的乘方运算得到的代数表达式。多项式是整式的一种。未知数只有一个的多项式称为一元多项式;例如x^2-3x+4就是一个一元多项式。未知数不止一个的多项式称为多元多项式,例如就是一個三元多项式。 可以写成只由一项构成的多项式也称为单项式。如果一项中不含未知数,则称之为常数项。 多项式在数学的很多分支中乃至许多自然科学以及工程学中都有重要作用。.

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定理

定理(Theorem)是經過受邏輯限制的證明為真的陈述。一般來說,在數學中,只有重要或有趣的陳述才叫定理。證明定理是數學的中心活動。一个定理陈述一个给定类的所有(全称)元素一种不变的关系,这些元素可以是无穷多,它们在任何时刻都无区别地成立,而没有一个例外。(例如:某些a是x,某些a是y,就不能算是定理)。 猜想是相信為真但未被證明的數學敘述,或者叫做命题,當它經過證明後便是定理。猜想是定理的來源,但並非唯一來源。一個從其他定理引伸出來的數學敘述可以不經過成為猜想的過程,成為定理。 如上所述,定理需要某些邏輯框架,繼而形成一套公理(公理系統)。同時,一個推理的過程,容許從公理中引出新定理和其他之前發現的定理。 在命題邏輯,所有已證明的敘述都稱為定理。.

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导数

导数(Derivative)是微积分学中重要的基礎概念。一个函数在某一点的导数描述了这个函数在这一点附近的变化率。导数的本质是通过极限的概念对函数进行局部的线性逼近。当函数f的自变量在一点x_0上产生一个增量h时,函數输出值的增量與自變量增量h的比值在h趋于0时的極限如果存在,即為f在x_0处的导数,记作f'(x_0)、\frac(x_0)或\left.\frac\right|_。例如在运动学中,物体的位移对于时间的导数就是物体的瞬时速度。 导数是函数的局部性质。不是所有的函数都有导数,一个函数也不一定在所有的点上都有导数。若某函数在某一点导数存在,则称其在这一点可导,否则称为不可导。如果函数的自变量和取值都是实数的话,那么函数在某一点的导数就是该函数所代表的曲线在這一点上的切线斜率。 对于可导的函数f,x \mapsto f'(x)也是一个函数,称作f的导函数。寻找已知的函数在某点的导数或其导函数的过程称为求导。反之,已知导函数也可以倒过来求原来的函数,即不定积分。微积分基本定理说明了求原函数与积分是等价的。求导和积分是一对互逆的操作,它们都是微积分学中最为基础的概念。.

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伊藤引理

在随机分析中,伊藤引理(Ito's lemma)是一条非常重要的性质。發現者為日本數學家伊藤清,他指出了对于一个随机过程的函数作微分的规则。.

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伊藤积分

伊藤微积分(Itō calculus)得名自日本數學家伊藤清,是將微積分的概念擴展到隨機過程中,像布朗运动(維納過程)就可以用伊藤微积分進行分析。主要應用在金融數學及隨機微分方程中。伊藤微积分的中心概念是伊藤积分,是將傳統的黎曼-斯蒂爾傑斯積分延伸到隨機過程中,隨機過程一方面是一個隨機變數,而且也是一個不可微分的函數。 藉由伊藤积分,可以將一個隨機過程(被积分函数)對另一個隨機過程(積分變數)進行積分。積分變數一般會布朗运动。從0到t的積分結果是一個隨機變數。此隨機變數定義為一特定隨機變數序列的極限(有許多等效的方式可建構上述的定義)。 伊藤积分是对半鞅X以及随机过程H的积分 这里X是布朗运动,或者更广义地,是一个半鞅,H是一个适配于由X生成的筛选的,本地平方可积分的过程(Revuz & Yor 1999, Chapter IV)。布朗运动的路径无法满足应用于微积分标准技术的需求。特别地,其在任意点不可微,并且在每一个时间间隔都有无限方差。其结果是,无法用普通的方法定义积分(参考Riemann–Stieltjes integral)。主要的创新是只要调配被积函数,就可以定义一个积分,不严格的讲,即t时刻它的值仅仅依靠此时刻之前的可用信息。 股票价格和其他可交易资产的价格可以通过随机过程进行建模,例如布朗运动,或者,更经常的,几何布朗运动(参见Black–Scholes)。然后,伊藤随机积分代表,在时间t持有一定数量Ht的股票,对其进行连续交易的回报。这种情况下,调配H就相应于,在任何时候只使用可用信息的交易策略限制。这也阻止了通过高频交易获得无限收益的可能性:市场中每个上涨之前买入股票,每个下跌之前卖出股票。相似地,调配H的条件暗示,当作为黎曼和极限进行计算的时候,随机积分不会收敛(Revuz & Yor 1999, Chapter IV)。 伊藤过程的重要结果包括分部積分公式和伊藤引理,即变量公式的变形。这些由于二次方差项,都与标准微积分公式不同,.

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微分方程

微分方程(Differential equation,DE)是一種數學方程,用來描述某一類函数與其导数之间的关系。微分方程的解是一個符合方程的函數。而在初等数学的代数方程裡,其解是常数值。 微分方程的应用十分广泛,可以解决许多与导数有关的问题 。物理中许多涉及变力的运动学、动力学问题,如空气的阻力為速度函數的落体运动等问题,很多可以用微分方程求解。此外,微分方程在化学、工程学、经济学和人口统计等领域都有应用。 数学领域对微分方程的研究着重在几个不同的面向,但大多数都是关心微分方程的解。只有少数简单的微分方程可以求得解析解。不过即使没有找到其解析解,仍然可以确认其解的部份性质。在无法求得解析解时,可以利用数值分析的方式,利用电脑来找到其数值解。 动力系统理论强调对于微分方程系统的量化分析,而许多数值方法可以计算微分方程的数值解,且有一定的准确度。.

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公式

在科學中,公式是一種把資訊準確地以符号表達的方法,就像是數學公式或化學式那樣。 在數學中,廣義上的公式是指在特定的形式文法下,把數學符號組合而成之結果。 在現代化學中,一個化學式中會有元素符號、數字,可能還有別的符號如圓括號、方括號和正負符號等,用以表示在化合物中各種原子所佔之比例,以及一些性質。例如H2O 即為水的化學式,表明每個水分子包含兩個氫原子和一個氧原子。類似地,O 是指包含三個氧原子並帶有一個負電荷的臭氧分子。.

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理查德·費曼

查德·菲利普斯·費曼(Richard Phillips Feynman,),美國理论物理學家,量子电动力学创始人之一,纳米技术之父。由費曼提出或完善的费曼图、费曼规则(Feynman rules)和重整化计算方法是研究量子电动力学和粒子物理学的重要工具。费曼个性十足,爱出风头,平易近人且喜爱搞怪,有很多逸闻流传于世。在1999年英國雜誌《》对全球130名領先物理學家的民意調查中,他被評為有史以來10位最偉大的物理學家之一。費曼父母皆為立陶宛猶太人,來自白俄羅斯,然而費曼本人是無神論者。 费曼业余爱好广泛,如打邦哥鼓、破译玛雅文明的象形文字、研究如何撬開保险櫃的鎖及逛脱衣舞厅等。他自己搜罗了不少这类故事,整理成了自传《别闹了,费曼先生!》。该书后來成为畅销大众读物。费曼是少数几个在大众心目中形象生动鲜活的前沿科学家之一。.

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维纳过程

数学中,维纳过程(Wiener process)是一种连续时间随机过程,得名于诺伯特·维纳。由于与物理学中的布朗运动有密切关系,也常被称为“布朗运动过程”或简称为布朗运动。维纳过程是莱维过程(指左极限右连续的平稳独立增量随机过程)中最有名的一类,在纯数学、应用数学、经济学与物理学中都有重要应用。 维纳过程的地位在纯数学中与在应用数学中同等重要。在纯数学中,维纳过程导致了对连续鞅理论的研究,是刻画一系列重要的复杂过程的基本工具。它在随机分析、扩散过程和位势论领域的研究中是不可或缺的。在应用数学中,维纳过程可以描述高斯白噪声的积分形式。在电子工程中,维纳过程是建立噪音的数学模型的重要部分。控制论中,维纳过程可以用来表示不可知因素。 维纳过程和物理学中的布朗运动有密切关系。布朗运动是指悬浮在液体中的花粉微小颗粒所进行的无休止随机运动。维纳运动也可以描述由福克-普朗克方程和郎之万方程确定的其他随机运动。维纳过程构成了量子力學的严谨路徑積分表述的基础(根据费曼-卡茨公式,薛定谔方程的解可以用维纳过程表示)。金融数学中,维纳过程可以用于描述期权定价模型如布莱克-斯科尔斯模型。.

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随机过程

在概率论概念中,随机过程是随机变量的集合。若一随机系统的样本点是随机函数,则称此函数为样本函数,这一随机系统全部样本函数的集合是一个随机过程。实际应用中,样本函数的一般定义在时间域或者空间域。随机过程的实例如股票和汇率的波动、语音信号、视频信号、体温的变化,反对法随机运动如布朗运动、随机徘徊等等。.

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隨機漫步

随机游走(Random Walk,縮寫為 RW),是一种數學統計模型,它是一連串的軌跡所組成,其中每一次都是随机的。它能用來表示不规则的变动形式,如同一个人酒后乱步,所形成的随机过程記錄。1905年,由卡尔·皮尔逊首次提出。 通常,我們可以假設隨機漫步是以马尔可夫链或馬可夫過程的形式出現,但是比較複雜的隨機漫步則不一定以這種形式出現。在某些限制條件下,會出現一些比較特殊的模式,如醉漢走路(drunkard's walk)或萊維飛行(Lévy flight)。 Category:时间序列 Category:随机过程.

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转置矩阵

在线性代数中,矩阵A的转置是另一个矩阵AT(也写做Atr, tA或A′)由下列等价动作建立.

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连续函数

在数学中,连续是函数的一种属性。直观上来说,连续的函数就是当输入值的变化足够小的时候,输出的变化也会随之足够小的函数。如果输入值的某种微小的变化会产生输出值的一个突然的跳跃甚至无法定义,则这个函数被称为是不连续的函数(或者说具有不连续性)。 举例来说,考虑描述一棵树的高度随时间而变化的函数h(t),那么这个函数是连续的(除非树被砍断)。又例如,假设T(P)表示地球上某一点P的空气温度,则这个函数也是连续的。事实上,古典物理学中有一句格言:“自然界中,一切都是连续的。”相比之下,如果M(t)表述在时间t的时候银行账户上的钱币金额,则这个函数无论在存钱或者取钱的时候都会有跳跃,因此函数M(t)是不连续的。.

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蒙地卡羅方法

蒙特卡罗方法(Monte Carlo method),也称统计模拟方法,是1940年代中期由于科学技术的发展和电子计算机的发明,而提出的一种以概率统计理论为指导的数值计算方法。是指使用随机数(或更常见的伪随机数)来解决很多计算问题的方法。 20世纪40年代,在冯·诺伊曼,斯塔尼斯拉夫·烏拉姆和尼古拉斯·梅特罗波利斯在洛斯阿拉莫斯国家实验室为核武器计划工作时,发明了蒙特卡罗方法。因为烏拉姆的叔叔经常在摩納哥的蒙特卡洛赌场输钱得名,而蒙特卡罗方法正是以概率为基础的方法。 与它对应的是确定性算法。 蒙特卡罗方法在金融工程学、宏观经济学、生物医学、计算物理学(如粒子输运计算、量子热力学计算、空气动力学计算)机器学习等领域应用广泛。.

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条件期望

在概率论中,条件期望是一个实数随机变量的相对于一个条件概率分布的期望值。换句话说,这是给定的一个或多个其他变量的值一个变量的期望值。它也被称为条件期望值或条件均值。 条件期望的概念在柯尔莫哥洛夫的测度理论概率论的定义很重要。条件概率的概念是由条件期望来定义。.

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数学

数学是利用符号语言研究數量、结构、变化以及空间等概念的一門学科,从某种角度看屬於形式科學的一種。數學透過抽象化和邏輯推理的使用,由計數、計算、量度和對物體形狀及運動的觀察而產生。數學家們拓展這些概念,為了公式化新的猜想以及從選定的公理及定義中建立起嚴謹推導出的定理。 基礎數學的知識與運用總是個人與團體生活中不可或缺的一環。對數學基本概念的完善,早在古埃及、美索不達米亞及古印度內的古代數學文本便可觀見,而在古希臘那裡有更為嚴謹的處理。從那時開始,數學的發展便持續不斷地小幅進展,至16世紀的文藝復興時期,因为新的科學發現和數學革新兩者的交互,致使數學的加速发展,直至今日。数学并成为許多國家及地區的教育範疇中的一部分。 今日,數學使用在不同的領域中,包括科學、工程、醫學和經濟學等。數學對這些領域的應用通常被稱為應用數學,有時亦會激起新的數學發現,並導致全新學科的發展,例如物理学的实质性发展中建立的某些理论激发数学家对于某些问题的不同角度的思考。數學家也研究純數學,就是數學本身的实质性內容,而不以任何實際應用為目標。雖然許多研究以純數學開始,但其过程中也發現許多應用之处。.

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另见

拋物型偏微分方程

理查德·费曼

金融数学

随机过程