В математике, фильтрация- это индексированное семейство из подобъектов заданной алгебраической структуры с индексом выполняется по некоторому полностью упорядоченному набору индексов при условии, что
Если индекс является временным параметром некоторого случайного процесса, то фильтрацию можно интерпретировать как представляющий всю историческую, но не будущую информацию о случайном процессе, с алгебраической структурой gaini усложняется со временем. Следовательно, процесс, который адаптирован к фильтрации , также называется непредвиденным, то есть тот, который не может заглянуть в будущее .
Иногда, как в фильтрованной алгебре, вместо этого требуется, чтобы быть подалгебрами относительно некоторых операций (например, сложения векторов), но не относительно других операций (скажем, умножения), которые удовлетворяют , где набор индексов - это натуральные числа ; это по аналогии с градуированной алгеброй.
Иногда предполагается, что фильтрации удовлетворяют дополнительному требованию, чтобы union из быть целым или (в более общих случаях, когда понятие объединения не имеет смысла) канонический гомоморфизм от прямого ограничения для до является изоморфизм. Предполагается ли это требование или нет, обычно зависит от автора текста и часто явно указывается. Данная статья не предъявляет этого требования.
Существует также понятие нисходящей фильтрации, которое требуется для удовлетворения вместо (и, иногда, вместо ). Опять же, это зависит от контекста, как именно следует понимать слово «фильтрация». Нисходящие фильтрации не следует путать с кофильтрациями (которые состоят из частных объектов, а не подобъектов ).
двойное понятие фильтрации называется кофильтрацией.
Фильтрации широко используются в абстрактной алгебре, гомологической алгебре (где они имеют важное отношение к спектральным последовательностям ) и в теория меры и теория вероятностей для вложенных последовательностей σ-алгебр. В функциональном анализе и численном анализе обычно используется другая терминология, например или.
В алгебре фильтрации обычно индексируются , набором натуральных чисел. Тогда фильтрация группы представляет собой вложенную последовательность из нормального подгруппы из (то есть для любого мы имеем ). Обратите внимание, что такое использование слова «фильтрация» соответствует нашей «нисходящей фильтрации».
Для группы и фильтрации существует естественный способ определения топологии на , которая, как говорят, связана с фильтрацией. Основой этой топологии является набор всех трансляций подгрупп, появляющихся при фильтрации, то есть подмножество определяется как открытое, если оно является объединением наборы формы , где и - натуральное число.
Топология, связанная с фильтрацией в группе , превращает в топологическая группа.
Топология, связанная с фильтрацией в группе , является Хаусдорф тогда и только тогда, когда .
Если две фильтрации и определены в группе , затем карта идентичности от до , где первая копия задается -топология, а второй - -топология является непрерывной, если и только если для любого существует такое, что , то есть тогда и только тогда, когда тождественное отображение непрерывно в 1. В частности, две фильтрации определяют одну и ту же топологию тогда и только тогда, когда для любой подгруппы, входящей в одну, существует меньшая или равная подгруппа в другой.
Дано кольцо и -модуль , нисходящая фильтрация представляет собой убывающую последовательность подмодулей . Таким образом, это частный случай понятия групп с дополнительным условием, что подгруппы являются подмодулями. Соответствующая топология определяется как для групп.
Важный частный случай известен как -адическая топология (или - адич и др.). Пусть будет коммутативным кольцом, а идеалом .
Учитывая -модуль , последовательность подмодулей формирует фильтрацию . -адическая топология на тогда является топологией, связанной с этой фильтрацией. Если - это просто само кольцо , мы определили -адическая топология на .
Когда задано -адическая топология, становится топологическим кольцом. Если -module получает значение -адическая топология, она становится топологическим -модулем относительно топологии, заданной на .
Дано кольцо и -модуль , восходящая фильтрация представляет собой возрастающую последовательность подмодулей . В частности, если является полем, тогда восходящая фильтрация -vector space - возрастающая последовательность векторных подпространств . Флаги - один из важных классов таких фильтраций.
Максимальная фильтрация набора эквивалентна упорядочиванию (перестановка ) набора. Например, фильтрация соответствует порядку . С точки зрения поля с одним элементом упорядочение на множестве соответствует максимальному флагу (фильтрация на векторном пространстве), считая набор вектором пространство над полем с одним элементом.
В теории меры, в частности в теории мартингейла и теории случайных процессов, фильтрация представляет собой возрастающую последовательность из -алгебр на измеримом пространстве. То есть, учитывая измеримое пространство , фильтрация представляет собой последовательность -алгебры с , где каждый - неотрицательное действительное число и
Точный диапазон «раз» обычно будет зависеть от контекста: набор значений для может быть дискретным или непрерывным, ограниченным или неограниченным. Например,
Аналогично, фильтрованное вероятностное пространство (также известное как стохастический базис ) , является вероятностным пространством, снабженным фильтрацией из его -алгебра . Считается, что фильтрованное вероятностное пространство удовлетворяет обычным условиям, если оно завершено (т. Е. содержит все -нулевые наборы ) и непрерывный справа (т.е. на все времена ).
Также полезно (в случае неограниченного набора индексов) определить как -алгебра, созданная бесконечным объединением , который содержится в :
Σ-алгебра определяет набор событий, которые можно измерить, что в контексте вероятность эквивалентно событиям, которые можно различить, или «вопросам, на которые можно ответить в момент ". Поэтому фильтрация часто используется для представления изменения в наборе событий, которые можно измерить, посредством усиления или потери информации . Типичный пример - математические финансы, где фильтрация представляет информацию, доступную до каждого момента включительно, и более точная ( набор измеримых событий остается прежним или увеличивается) по мере того, как становится доступной больше информации об изменении цены акций.
Пусть - фильтрованное вероятностное пространство. Случайная величина - это время остановки с учетом для фильтрации, если для всех . Время остановки -алгебра теперь определяется как
Нетрудно показать, что действительно является -алгеброй. Набор кодирует информацию до случайного времени в том смысле, что если отфильтрованное вероятностное пространство интерпретируется как случайный эксперимент, максимальная информация, которая может быть получена о нем от произвольно часто повторяющегося эксперимента до случайного момента времени равно . В частности, если лежащее в основе вероятностное пространство конечно (например, конечно), минимальные наборы (относительно включения множества) даются объединением по всем наборов минимальных наборов , которые лежат в .
Можно показать, что равно -измеримый. Однако простые примеры показывают, что в целом . Если и составляет время остановки на и почти наверняка, тогда