卷 II(上):布朗运动与伊藤积分
对应卷 II 第 1~4 章:一般概率论、信息与条件化、布朗运动、随机分析。这是全书数学最重的四章,但思想只有一条:把二叉树的”逐期”语言升级成能处理连续时间的语言。本页只讲每个工具”为什么非要不可”。
第 1~2 章 测度论:不是炫技,是刚需
连续世界里股价可以取任意实数,“每个点的概率”全是零,逐点赋概率的老办法失效——所以需要测度论:不给单点赋概率,给事件的集合赋概率。对读者更重要的是第 2 章对”信息”的刻画:
- σ-代数 = 某时刻你能分辨的事件全体,信息流(filtration)就是”随时间越分越细的账本”;
- 条件期望 = 只用现有信息做出的最优估计,是个随机变量而不是数;
- 卷 I 的鞅、马尔可夫、停时在这套语言下全部原样升级,一个概念都不用重学。
第 3 章 布朗运动:随机游走的极限
把二叉树的步长切细、每步涨跌幅相应缩小,随机游走的极限就是布朗运动:增量独立、正态、路径连续。它有一个决定一切的病理性质——路径处处连续却处处不可导,普通微积分对它全面失效,这就是必须发明”随机分析”的原因。
失效的根源叫二次变差:光滑函数的路径在细分后平方增量之和趋于零,布朗运动的却不归零——每单位时间恰好积累 1。写成口诀就是 dW·dW = dt:布朗运动的”平方级小量”和时间的”一次级小量”同阶。整个伊藤分析就是围绕这一条口诀展开的记账规则。
第 4 章上半 伊藤积分:不能偷看未来的积分
想给”连续调仓的交易损益”一个数学定义:持仓 × 价格变动,对时间累加。问题是价格路径不可导,黎曼积分的老办法(在小区间内随便取点)会出岔子——在区间右端取点等于允许你先看到价格变动再决定仓位,是偷看未来。
伊藤积分的定义只做了一个金融上天经地义的选择:持仓必须在区间左端点决定(被积过程适应于信息流)。由此得到两个礼物:伊藤积分是鞅(不能偷看未来的交易是公平游戏,赚不到期望意义上的钱),且其方差可以用伊藤等距公式直接算。本平台回测引擎”用前一日收盘决定持仓、当日结算收益”的规则,就是伊藤积分取左端点的离散版。
第 4 章下半 伊藤公式:带修正项的链式法则
对布朗运动的函数做微分,普通链式法则要加一个二阶修正项——因为 dW·dW = dt,泰勒展开的二阶项不再是高阶小量,必须入账。这就是伊藤公式(书中称 Ito-Doeblin 公式),随机分析里唯一需要背下来的计算规则。
它的金融体感非常具体:修正项就是期权的 Gamma 项。持有期权的人天然吃”波动的平方”,做对冲的人天然付出它——BSM 方程里 Gamma 与时间损耗 Theta 的对冲关系,数学上就是伊藤公式的二阶项在说话。章末用伊藤公式解出几何布朗运动——BSM 世界的标准股价模型,对数收益正态、价格永不为负。
本页带走的三句话
- 测度论是为了在连续世界里谈”信息”:σ-代数是账本,条件期望是只用账本做的最优估计;
- 布朗运动处处不可导,但二次变差有规律(dW·dW = dt)——随机分析的全部计算围绕这条口诀;
- 伊藤积分规定持仓在区间左端决定——“交易不能偷看未来”这条纪律被写进了积分的定义里。