Файл: Липцер Р.Ш. Статистика случайных процессов. Нелинейная фильтрация и смежные вопросы.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 10.04.2024

Просмотров: 324

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

330

АБСОЛЮТНАЯ

НЕПРЕРЫВНОСТЬ МЕР

[ГЛ. 7

 

 

Ясно, что для данного / l e f j

 

 

0 ( Л) =

J Q(A\ co)P(rfto).

(7.156)

Если Ѳ и I являются случайными величинами, принима­ ющими лишь дискретные значения, и М | g (Ѳ) | < оо, то при отыскании условных математических ожиданий M[g-(0) ||] ос­ новным орудием является формула Байеса

 

2 е ( а д Р (І I а{) Р (ай

 

M [g(0)||]

І

(7.157)

2 Р (£ I “г) р (а>)

 

 

 

І

 

где р (ЬI а) = Р {£ = 6 IѲ=

а}, Р (а) — Р (Ѳ = а).

 

Для случая, когда Ѳ и | являются случайными величинами, у которых функции распределения имеют плотности, формула Байеса принимает следующий вид:

оо

 

 

J е ( а ) р ( 1 \ а ) р (а) da

 

М [£(0)||] =

- - = ^ ----------------------,

(7.158)

 

 

j Р ( І I а) Р (а) da

 

где р(Ь\а) =

19 ~ а) , р (а) = dP (Ѳ < a)/da.

 

В дальнейшем

нам

неоднократно придется

иметь дело

с абстрактным вариантом формулы Байеса, обобщающим формулы (7.157), (7.158).

Пусть Ѳ= Ѳ(со),

g =

g(co)— случайные

элементы со значени­

ями в (Ѳ, Л0), (J,

38^

и М I

§ (Ѳ) I < оо.

Положим для

G (Л) =

J g (Ѳ (ö)) Q (Л; ö) P (dö).

(7Л59)

 

 

Q

 

 

 

Л е м м а 7.3. 1)

Функция

G = G (Л),

Л е ^

5, определенная

в (7.159), является обобщенной мерой (счетно-аддитивной функ­

цией

множеств А е

S T

принимающей,

быть может,

значения

разных знаков).

 

 

 

 

2)

Обобщенная

мера

G абсолютно непрерывна по мере Q:

G <

Q.

 

 

 

 

3)

Имеет место, формула (Байеса)

 

 

 

М [g (Ѳ)I ЗГg] (ш) =

(со).

(7.160)


§ 9]

АБСТРАКТНЫЙ

ВАРИАНТ ФОРМУЛЫ БАЙЕСА

З З і

 

 

Д о к а з а т е л ь с т в о . Первые два свойства непосредственно следуют из (7.159). Докажем формулу (7.160). Поскольку M[g(0)|# "|] является £Г|-измеримой функцией, то надо про­ верить лишь равенство

М {%л (©) М [g (Ѳ) I ^g]} = G (А), Д е ^ ( ,

(7.161)

Имеем

 

 

М (хл (со) М [g (0) I

= М {М [%А(©) g (Ѳ) I <FS]} =

 

= M%AИ g (Ѳ) = M {g (Ѳ) М [%А(0)1 ЗГѲ]}= М (g (Ѳ)Q(Л, 0 )} = G (А).

Л е м м а 7.4. Предположим, что условная вероятность Q (Л; ©) является регулярной *), а-алгебра 8Г% сепарабельна **) и су­ ществует мера і — к(А) на (Q, П~і) такая, что для почти всех

О €= Q

Q ( - , © ) < Я ( - ) .

(7.162)

Тогда Q < X, G <С К и на пространстве (Q X Й,

%X ^ѳ)

существует неотрицательная измеримая функция q (©, ©) такая, что Р-п. н.

Q(A; ©)= J

q(a, &)dl{®),

 

(7.163)

А

 

 

 

N = J g(©)) q(©, ©) P (dä>).

(7.164)

Q

<7(®, ®) p {ds>),

 

 

4^- (ffl) == J

 

(7.165)

Q

 

 

0 <

4 r (<o)<o° ’

 

(7.166)

 

 

j s (w)) q (со, б) P (d&)

 

 

M [g (Ѳ) 1$F|] (©) = ^------------------ .

 

(7.167)

 

j q (и, б) Р (rfü)

 

 

 

й

 

 

Д о к а з а т е л ь с т в о .

Существование измеримой

функции

q((o, ©), удовлетворяющей

равенству (7.163),

вытекает из ре­

гулярности условной вероятности Q{A\ ©) и

сепарабельности

0-алгебры #-|***). Для доказательства (7.164), (7.165) доста­ точно применить теорему Фубини.

*) См. п. 4 § 1 гл. 1. **) См. [46], стр. 555.

***) Доказательство этого факта дано в [46] (пример 2.7, Дополнение).


332

АБСОЛЮТНАЯ

НЕПРЕРЫВНОСТЬ

МЕР

 

[ГЛ. 7

 

 

 

Далее, пусть Л0= |со: -^-(со) =

о |. Тогда, поскольку Л0е

то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р (До) = Q (Л0) =

- (со)

(со) = 0.

 

 

Следовательно, -^-(со) > 0 (Р-п. н.).

 

 

 

 

Для доказательства (7.167) заметим,

что поскольку G < Q,

G <

А, Q < К, то

dG

dG

dQ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dX

dQ

dX

 

 

 

Ho

> 0 (Р-п. H.), поэтому

 

 

 

 

 

 

 

dG , .

dG ,

, /

c/Q , .

 

 

 

 

■ Ж ^ - Ч х ^ У ч х ^ '

 

 

что

вместе с (7.160), (7.164), (7.165)

доказывает искомое

пред­

ставление (7.167).

 

 

 

g = g ( l , Ѳ) такова,

 

З а м е ч а н и е

1. Если

функция

что

М| g ( l , Ѳ) |< оо, то

 

 

 

 

 

 

 

 

I

S (I (со), Ѳ(й))

q (со, й) Р (d&)

 

 

 

M[g(g, 0)1

в] (<о) = —-------- ---------------------------- .

(7.168)

 

 

 

 

q (со, й) Р (dй)

 

 

 

 

 

 

Q

 

 

 

 

Действительно,

если функция

g(g, Ѳ)

представима

в

виде

 

 

8 (£» Ѳ) =

2 Фа ( I) g k (Ѳ),

 

 

 

 

 

fe=i

 

 

 

 

 

то формула (7.168) следует непосредственно из (7.167). Оче­ видным предельным переходом (7.168) распространяется и на

произвольные (измеримые) функции g (Ѳ, g) с М lg(l. Ѳ)|< сх>.

З а м е ч а н и е 2. Обозначив

р(со, ö)=

д (со, й)

 

 

q (со, й) Р (d&)

 

Q

получаем для формулы Байеса (7.168) следующее удобное пред­

ставление:

J

 

м [g (I, Ѳ)I V %\ H = \ g

(g (со), Ѳ(со)) p (со, Ö) P (d&).

(7.169)

2. Рассмотрим подробнее структуру формулы Байеса (7.169) для того случая, когда g является процессом Ито.


§ 9]

АБСТРАКТНЫЙ ВАРИАНТ ФОРМУЛЫ БАЙЕСА

333

 

 

Будем предполагать заданным вероятностное пространство

(Q,

Р) с выделенным на

нем семейством сг-подалгебр

 

t ^ T .

Пусть W = (Wt (со),

t) — винеровский процесс и а ==

= (аДсо), STt) — некоторый не зависящий от него процесс, траек­

тории

которого

a =

(at), O ^ t ^ T ,

принадлежат

измеримому

пространству (Ar, &ат).

 

 

 

 

 

 

 

 

l —

 

 

Рассмотрим

непрерывный

случайный

процесс

 

 

 

имеющий дифференциал

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dlt =

A{t, а, \)dt + B{t, l)dWt,

|о =

0.

(7.170)

 

Будем считать выполненными следующие условия:

 

 

 

A. Случайный процесс l —

(со)),

 

 

 

является силь­

ным (т. е.

^-измеримым)

решением

уравнения

(7.170).

 

 

B.

Функционалы

A(t, а, х),

B ( t,x ) являются неупреждаю­

щими,

и для

каждых

a e A f

и і е С г ((Сг, 3!т) — измеримое

пространство непрерывных на [0, Г]

функций x =

(xt), O ^ t ^ T )

 

 

т

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 1 А (t, а,

х) [dt

<

оо,

J

В2 (t,

х) dt <

оо.

(7.171)

 

 

о

 

 

и X из Сг

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C. Для любых X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\ B ( t , x ) ~ B ( t , x ) \ 2^ L

i j \ x s - x

s ?dK(s) + L2\xt - x

t \\

(7.172)

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B2(t, x X L ,

j ( \ + x $dK(s) + L2( \ + x 2),

 

(7.173)

 

 

 

 

 

 

о

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

B2(t, x ) > C > 0 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(7.174)

где

K(t) — неубывающая

непрерывная

справа

функция,

O ^

 

 

а C, Lx,

L2— константы.

 

 

 

 

 

 

 

 

D.

Р И

A2 (f, a,

l ) d t <

 

= P ^ J A2(if, a, ti) dt <

oo j

= 1,

где

Ц = (%,

 

— сильное

решение

уравнения

 

 

(7.175)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d4t = B(t,4)dWt,

 

% =

0,

 

 

(7.176)

существующее в силу теоремы 4.6 и предположения С.

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

T

 

 

 

 

 

 

 

 

Е.

J Ml A (t, а, I) Idt <

оо,

P

оJ

Ä2(t, l ) d t <

oo

= 1

 

где

A(t,оD =

M[A(*,a,

1)1 ^| J .

 

 

 

 

 

 

(7.177)


334 Обозначим

АБСОЛЮТНАЯ

НЕПРЕРЫВНОСТЬ

МЕР

(ГЛ. 7

р^,

и ра

 

меры,

отвечающие введенным про­

цессам

т] и а. Пусть

также

ра ? — распределение вероятно­

стей в пространстве (АтX Сг,

$ \ тX &т),

индуцированное па­

рой процессов (а, |),

и ра X

 

— декартово произведение мер ра

и ц6.

 

 

Пусть

gT(a,£)

 

^-измеримый

функ­

Т е о р е м а

7.23.

 

ционал

с МI gT (а, I) I <

оо.

 

 

 

 

 

 

 

Тогда, если процессы а и W независимы и выполнены

условия

А — Е,

то Р-п. н.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

М [gT{а, |)| ЗГS] — J gT (а, £)рг (а, і) ^ М а)>

(7-178)

где

 

 

 

 

 

dV-a, \

 

 

 

 

 

 

рг (а, х)

 

 

 

(7.179)

при этом (Р-п. н.)

 

а 1»а><Ы {а’ Х)! dZ (Х)'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рг (а. £) ==

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

е х р { / Л (/, а, I )

Л (t, I)

dWf

1 Г

[А И а, I) - л а і ) ] »

dt

 

 

 

В И I)

 

 

 

 

 

 

в 2 (t, I)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(7.180)

где

функционал А — (А (t,

х), &t+),

0

t ^

Т, такое, что Р-п. н.

для

почти всех

0 ^

t ^

Т

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л (/,|) =

 

М [ Л (* ,а ,|)|^ |],

(7.181)

и W — iyPt, @~\) винеровский

процесс

с

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

 

 

 

(7Л82)

о

Для доказательства представления (7.178), которое, по существу, если не что иное, как другая форма записи фор­ мулы Байеса (7.169) (с заменой интегрирования по простран­ ству элементарных исходов интегрированием в функциональном пространстве), понадобится ряд вспомогательных утверждений.

3.Согласно предположению А непрерывный случайный

процесс '£ — (If),

0 < Х ^ 7 У

является.сильным решением урав­

нения

(7.170).

Пусть t фиксировано. Поскольку при

фиксиро­

ванном

t величина %t является

^-измеримой,

то

найдется

(при данном

/)

измеримый

функционал Qt {a, х)

такой, что

Р-п. н.

 

 

It (®) — Q/ (а (со), W (со)).

 

(7.183)