Фильтрация (математика)

редактировать

В математике, фильтрацияF {\ displaystyle { \ mathcal {F}}}{\ mathcal {F}} - это индексированное семейство (S i) i ∈ I {\ displaystyle (S_ {i}) _ {i \ in I}}(S_ {i}) _ {i \ in I} из подобъектов заданной алгебраической структуры S {\ displaystyle S}S с индексом i {\ displaystyle i}i выполняется по некоторому полностью упорядоченному набору индексов I {\ displaystyle I}Iпри условии, что

если я ≤ j {\ displaystyle i \ leq j}i \ leq j в I {\ displaystyle I}I, то S i ⊂ S j { \ displaystyle S_ {i} \ subset S_ {j}}{\ displaystyle S_ {i} \ subset S_ {j}} .

Если индекс i {\ displaystyle i}i является временным параметром некоторого случайного процесса, то фильтрацию можно интерпретировать как представляющий всю историческую, но не будущую информацию о случайном процессе, с алгебраической структурой S i {\ displaystyle S_ {i}}S_ {i } gaini усложняется со временем. Следовательно, процесс, который адаптирован к фильтрации F {\ displaystyle {\ mathcal {F}}}{\ mathcal {F}} , также называется непредвиденным, то есть тот, который не может заглянуть в будущее .

Иногда, как в фильтрованной алгебре, вместо этого требуется, чтобы S i {\ displaystyle S_ {i}}S_ {i } быть подалгебрами относительно некоторых операций (например, сложения векторов), но не относительно других операций (скажем, умножения), которые удовлетворяют S i ⋅ S j ⊂ S я + j {\ displaystyle S_ {i} \ cdot S_ {j} \ subset S_ {i + j}}S_ {i} \ cdot S_ {j} \ subset S _ {{i + j}} , где набор индексов - это натуральные числа ; это по аналогии с градуированной алгеброй.

Иногда предполагается, что фильтрации удовлетворяют дополнительному требованию, чтобы union из S i {\ displaystyle S_ {i}}S_ {i } быть целым S {\ displaystyle S}S или (в более общих случаях, когда понятие объединения не имеет смысла) канонический гомоморфизм от прямого ограничения для S i {\ displaystyle S_ {i}}S_ {i } до S {\ displaystyle S}S 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 S i ⊇ S j {\ displaystyle S_ {i} \ supseteq S_ {j}}S_ {i} \ supseteq S_ {j} вместо S i ⊆ S j {\ displaystyle S_ {i} \ substeq S_ {j}}S_ {i} \ substeq S_ {j} (и, иногда, ⋂ i ∈ IS i = 0 {\ displaystyle \ bigcap _ {i \ in I} S_ {i} = 0}\ bigcap _ {{i \ in I}} S_ {i} = 0 вместо ⋃ i ∈ IS i = S {\ displaystyle \ bigcup _ {i \ in I} S_ {i} = S}\ bigcup _ {{i \ in I}} S_ {i} = S ). 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.

Содержание
  • 1 Примеры
    • 1.1 Алгебра
      • 1.1.1 Группы
      • 1.1.2 Кольца и модули: нисходящие фильтрации
      • 1.1.3 Кольца и модули: восходящие фильтрации
      • 1.1. 4 Наборы
    • 1.2 Теория измерений
      • 1.2.1 Отношение к временам остановки: время остановки сигма-алгебры
  • 2 См. Также
  • 3 Ссылки
Примеры

Алгебра

Группы

В алгебре фильтрации обычно индексируются N {\ displaystyle \ mathbb {N}}\ mathbb {N} , набором натуральных чисел. Тогда фильтрация группы G {\ displaystyle G}G представляет собой вложенную последовательность G n {\ displaystyle G_ {n}}G_ {n} из нормального подгруппы из G {\ displaystyle G}G (то есть для любого n {\ displaystyle n}n мы имеем G n + 1 ⊂ G n {\ displaystyle G_ {n + 1} \ subset G_ {n}}{\ displaystyle G_ {n + 1} \ subset G_ {n}} ). Обратите внимание, что такое использование слова «фильтрация» соответствует нашей «нисходящей фильтрации».

Для группы G {\ displaystyle G}G и фильтрации G n {\ displaystyle G_ {n}}G_ {n} существует естественный способ определения топологии на G {\ displaystyle G}G , которая, как говорят, связана с фильтрацией. Основой этой топологии является набор всех трансляций подгрупп, появляющихся при фильтрации, то есть подмножество G {\ displaystyle G}G определяется как открытое, если оно является объединением наборы формы a G n {\ displaystyle aG_ {n}}{\ displaystyle aG_ {n}} , где a ∈ G {\ displaystyle a \ in G}a \ in G и n {\ displaystyle n}n - натуральное число.

Топология, связанная с фильтрацией в группе G {\ displaystyle G}G , превращает G {\ displaystyle G}G в топологическая группа.

Топология, связанная с фильтрацией G n {\ displaystyle G_ {n}}G_ {n} в группе G {\ displaystyle G}G , является Хаусдорф тогда и только тогда, когда ⋂ G n = {1} {\ displaystyle \ bigcap G_ {n} = \ {1 \}}{\ displaystyle \ bigcap G_ {n} = \ {1 \}} .

Если две фильтрации G n {\ displaystyle G_ {n}}G_ {n} и G n ′ {\ displaystyle G '_ {n}}{\displaystyle G'_{n}}определены в группе G {\ displaystyle G}G , затем карта идентичности от G {\ displaystyle G}G до G {\ displaystyle G}G , где первая копия G {\ displaystyle G}G задается G n {\ displaystyle G_ {n}}G_ {n} -топология, а второй - G n ′ {\ displaystyle G '_ {n}}{\displaystyle G'_{n}}-топология является непрерывной, если и только если для любого n {\ displaystyle n}n существует m {\ displaystyle m }m такое, что G m ⊂ G n ′ {\ displa ystyle G_ {m} \ subset G '_ {n}}{\displaystyle G_{m}\subset G'_{n}}, 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.

Кольца и модули: нисходящие фильтрации

Дано кольцо R {\ displaystyle R}R и R {\ displaystyle R}R -модуль M {\ displaystyle M}M , нисходящая фильтрация M {\ displaystyle M}M представляет собой убывающую последовательность подмодулей M п {\ Displaystyle M_ {n}}M_ {n} . 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 I {\ displaystyle I}I-адическая топология (или J {\ displaystyle J}J - адич и др.). Пусть R {\ displaystyle R}R будет коммутативным кольцом, а I {\ displaystyle I}Iидеалом R {\ displaystyle R}R .

Учитывая R {\ displaystyle R}R -модуль M {\ displaystyle M}M , последовательность I n M {\ displaystyle I ^ {n} M}{\ displaystyle I ^ {n} M} подмодулей M {\ displaystyle M}M формирует фильтрацию M {\ displaystyle M}M . I {\ displaystyle I}I-адическая топология на M {\ displaystyle M}M тогда является топологией, связанной с этой фильтрацией. Если M {\ displaystyle M}M - это просто само кольцо R {\ displaystyle R}R , мы определили I {\ displaystyle I}I-адическая топология на R {\ displaystyle R}R .

Когда R {\ displaystyle R}R задано I {\ displaystyle I}I-адическая топология, R {\ displaystyle R}R становится топологическим кольцом. Если R {\ displaystyle R}R -module M {\ displaystyle M}M получает значение I {\ displaystyle I}I-адическая топология, она становится топологическим R {\ displaystyle R}R -модулем относительно топологии, заданной на R {\ displaystyle R}R .

Кольца и модули: восходящие фильтрации

Дано кольцо R {\ displaystyle R}R и R {\ displaystyle R}R -модуль M {\ displaystyle M}M , восходящая фильтрация M {\ displaystyle M}M представляет собой возрастающую последовательность подмодулей M n {\ стиль отображения M_ {n}}M_ {n} . В частности, если R {\ displaystyle R}R является полем, тогда восходящая фильтрация R {\ displaystyle R}R -vector space M {\ displaystyle M}M - возрастающая последовательность векторных подпространств M {\ displaystyle M}M . Флаги - один из важных классов таких фильтраций.

Наборы

Максимальная фильтрация набора эквивалентна упорядочиванию (перестановка ) набора. Например, фильтрация {0} ⊂ {0, 1} ⊂ {0, 1, 2} {\ displaystyle \ {0 \} \ subset \ {0,1 \} \ subset \ {0,1, 2 \}}\ {0 \} \ subset \ {0,1 \} \ subset \ {0,1,2 \} соответствует порядку (0, 1, 2) {\ displaystyle (0,1,2)}(0,1,2) . 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.

Теория меры

В теории меры, в частности в теории мартингейла и теории случайных процессов, фильтрация представляет собой возрастающую последовательность из σ {\ displaystyle \ sigma}\ sigma -алгебр на измеримом пространстве. То есть, учитывая измеримое пространство (Ω, F) {\ displaystyle (\ Omega, {\ mathcal {F}})}(\ Omega, \ mathcal {F}) , фильтрация представляет собой последовательность σ {\ displaystyle \ sigma}\ sigma -алгебры {F t} t ≥ 0 {\ displaystyle \ {{\ mathcal {F}} _ {t} \} _ {t \ geq 0}}\ {{\ mathcal {F}} _ {{t}} \} _ {{t \ geq 0}} с F t ⊆ F {\ displaystyle {\ mathcal {F}} _ {t} \ substeq {\ mathcal {F}}}{\ mathcal {F}} _ {{t}} \ Substeq {\ mathcal {F}} , где каждый t {\ displaystyle t}t - неотрицательное действительное число и

t 1 ≤ t 2 ⟹ F t 1 ⊆ F t 2. {\ displaystyle t_ {1} \ leq t_ {2} \ implies {\ mathcal {F}} _ {t_ {1}} \ substeq {\ mathcal {F}} _ {t_ {2}}.}t _ {{1}} \ leq t _ {{2}} \ подразумевает {\ mathcal {F}} _ {{t _ {1}}}} \ substeq {\ mathcal {F}} _ { {t _ {{2}}}}.

Точный диапазон «раз» t {\ displaystyle t}t обычно будет зависеть от контекста: набор значений для t {\ displaystyle t}t может быть дискретным или непрерывным, ограниченным или неограниченным. Например,

t ∈ {0, 1,…, N}, N 0, [0, T] или [0, + ∞). {\ displaystyle t \ in \ {0,1, \ dots, N \}, \ mathbb {N} _ {0}, [0, T] {\ t_dv {or}} [0, + \ infty).}t \ in \ {0,1, \ dots, N \}, {\ mathbb {N}} _ {{0}}, [0, T] {\ t_dv {or}} [0, + \ infty).

Аналогично, фильтрованное вероятностное пространство (также известное как стохастический базис ) (Ω, F, {F t} t ≥ 0, P) {\ displaystyle \ left (\ Omega, {\ mathcal {F}}, \ left \ {{\ mathcal {F}} _ {t} \ right \} _ {t \ geq 0}, \ mathbb {P} \ right)}\ left (\ Omega, {\ mathcal {F}}, \ left \ {{\ mathcal {F} } _ {{t}} \ right \} _ {{t \ geq 0}}, {\ mathbb {P}} \ right) , является вероятностным пространством, снабженным фильтрацией {F t} t ≥ 0 {\ displaystyle \ left \ {{\ mathcal {F}} _ {t} \ справа \} _ {t \ geq 0}}\ left \ {{\ mathcal {F}} _ {t} \ право \} _ {{т \ geq 0}} из его σ {\ displaystyle \ sigma}\ sigma -алгебра F {\ displaystyle {\ mathcal {F} }}{\ mathcal {F}} . Считается, что фильтрованное вероятностное пространство удовлетворяет обычным условиям, если оно завершено (т. Е. F 0 {\ displaystyle {\ mathcal {F}} _ {0}}{\ mathcal {F}} _ {0} содержит все P {\ displaystyle \ mathbb {P}}\ mathbb {P} -нулевые наборы ) и непрерывный справа (т.е. F t = F t +: = ⋂ s>t F s {\ displaystyle {\ mathcal {F}} _ {t} = {\ mathcal {F}} _ {t +}: = \ bigcap _ {s>t} {\ mathcal {F}} _ {s} }{\mathcal {F}}_{t}={\mathcal {F}}_{{t+}}:=\bigcap _{{s>t}} {\ mathcal {F}} _ {s} на все времена t {\ displaystyle t}t ).

Также полезно (в случае неограниченного набора индексов) определить F ∞ {\ displaystyle {\ mathcal {F}} _ {\ infty}}{\ mathcal {F}} _ {{\ infty}} как σ {\ displaystyle \ sigma}\ sigma -алгебра, созданная бесконечным объединением F t {\ displaystyle {\ mathcal {F}} _ {t}}{\ mathcal {F}} _ {{t}} , который содержится в F {\ displaystyle {\ mathcal {F}}}{\ mathcal {F}} :

F ∞ знак равно σ (⋃ T ≥ 0 F T) ⊆ F, {\ Displaystyle {\ mathcal { F}} _ {\ infty} = \ sigma \ left (\ bigcup _ {t \ geq 0} {\ mathcal {F}} _ {t} \ right) \ substeq {\ mathcal {F}}.}{\ mathcal {F}} _ {{\ infty}} = \ sigma \ left (\ bigcup _ {{t \ geq 0}} {\ mathcal {F}} _ {{t}} \ справа) \ substeq {\ mathcal {F}}.

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 t {\ displaystyle t}t ". 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 t {\ displaystyle t}t включительно, и более точная ( набор измеримых событий остается прежним или увеличивается) по мере того, как становится доступной больше информации об изменении цены акций.

Отношение к времени остановки: сигма-алгебры времени остановки

Пусть (Ω, F, {F t} t ≥ 0, P) {\ displaystyle \ left (\ Omega, {\ mathcal {F}}, \ left \ {{\ mathcal {F}} _ {t} \ right \} _ {t \ geq 0}, \ mathbb {P} \ right)}\ left (\ Omega, {\ mathcal {F}}, \ left \ {{\ mathcal {F} } _ {{t}} \ right \} _ {{t \ geq 0}}, {\ mathbb {P}} \ right) - фильтрованное вероятностное пространство. Случайная величина τ: Ω → [0, ∞] {\ displaystyle \ tau: \ Omega \ rightarrow [0, \ infty]}\ tau: \ Omega \ rightarrow [0, \ infty] - это время остановки с учетом для фильтрации{F t} t ≥ 0 {\ displaystyle \ left \ {{\ mathcal {F}} _ {t} \ right \} _ {t \ geq 0}}\ left \ {{\ mathcal {F}} _ {{t}} \ right \} _ {{ t \ geq 0}} , если {τ ≤ t} ∈ F t {\ displaystyle \ {\ tau \ leq t \} \ in {\ mathcal {F}} _ {t}}\ {\ tau \ leq t \} \ in {\ mathcal {F}} _ {t} для всех t ≥ 0 {\ displaystyle t \ geq 0}t \ geq 0 . Время остановки σ {\ displaystyle \ sigma}\ sigma -алгебра теперь определяется как

F τ: = {A ∈ F: A ∩ {τ ≤ t} ∈ F t, ∀ t ≥ 0} {\ displaystyle {\ mathcal {F}} _ {\ tau}: = \ left \ {A \ in {\ mathcal {F}}: A \ cap \ {\ tau \ leq t \} \ in { \ mathcal {F}} _ {t}, \ \ forall t \ geq 0 \ right \}}{\ mathcal {F}} _ {{\ tau}}: = \ left \ {A \ in {\ mathcal {F}}: A \ cap \ {\ tau \ leq t \} \ in {\ mathcal {F}} _ {t}, \ \ forall t \ geq 0 \ right \} .

Нетрудно показать, что F τ {\ displaystyle {\ mathcal {F}} _ { \ tau}}{\ mathcal {F}} _ {\ tau} действительно является σ {\ displaystyle \ sigma}\ sigma -алгеброй. Набор F τ {\ displaystyle {\ mathcal {F}} _ {\ tau}}{\ mathcal {F}} _ {\ tau} кодирует информацию до случайного времени τ {\ displaystyle \ tau}\ tau 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 τ {\ displaystyle \ tau}\ tau равно F τ {\ displaystyle {\ mathcal {F}} _ {\ tau}}{\ mathcal {F}} _ {\ tau} . В частности, если лежащее в основе вероятностное пространство конечно (например, F {\ displaystyle {\ mathcal {F}}}{\ mathcal {F}} конечно), минимальные наборы F τ {\ displaystyle { \ mathcal {F}} _ {\ tau}}{\ mathcal {F}} _ {\ tau} (относительно включения множества) даются объединением по всем t ≥ 0 {\ displaystyle t \ geq 0}t \ geq 0 наборов минимальных наборов F t {\ displaystyle {\ mathcal {F}} _ {t}}{\ mathcal {F}} _ {{t}} , которые лежат в {τ = t} {\ displaystyle \ {\ tau = t \}}\ {\ tau = t \} .

Можно показать, что τ {\ displaystyle \ tau}\ tau равно F τ {\ displaystyle {\ mathcal {F}} _ { \ tau}}{\ mathcal {F}} _ {\ tau} -измеримый. Однако простые примеры показывают, что в целом σ (τ) ≠ F τ {\ displaystyle \ sigma (\ tau) \ neq {\ mathcal {F}} _ {\ tau}}\ sigma (\ tau) \ neq {\ mathcal {F }} _ {{\ tau}} . Если τ 1 {\ displaystyle \ tau _ {1}}\ tau _ {1} и τ 2 {\ displaystyle \ tau _ {2}}\ tau _ {2} составляет время остановки на (Ω, F, {F t} t ≥ 0, P) {\ displaystyle \ left (\ Omega, {\ mathcal {F}}, \ left \ {{\ mathcal {F}}) _ {t} \ right \} _ {t \ geq 0}, \ mathbb {P} \ right)}\ left (\ Omega, {\ mathcal {F}}, \ left \ {{\ mathcal {F} } _ {{t}} \ right \} _ {{t \ geq 0}}, {\ mathbb {P}} \ right) и τ 1 ≤ τ 2 {\ displaystyle \ tau _ {1} \ leq \ tau _ {2}}\ tau _ {1} \ leq \ tau _ {2} почти наверняка, тогда F τ 1 ⊆ F τ 2. {\ displaystyle {\ mathcal {F}} _ {\ tau _ {1}} \ substeq {\ mathcal {F}} _ {\ tau _ {2}}.}{ \ Displaystyle {\ mathcal {F}} _ {\ tau _ {1}} \ substeq {\ mathcal {F}} _ {\ tau _ {2}}.}

См. также
Ссылки
  • Эксендал, Бернт К. (2003). Стохастические дифференциальные уравнения: введение с приложениями. Берлин: Springer. ISBN 978-3-540-04758-2.
Последняя правка сделана 2021-05-20 04:03:04
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте