確率論 上級

確率過程と応用(大学院レベル)

上級の概要

上級では、確率過程の理論と応用を学ぶ。「時間とともに変化するランダムな現象」を数学的に扱う枠組みである。

学習目標

  • 確率過程の基本概念を理解する
  • マルコフ連鎖の理論を習得する
  • ブラウン運動の構成と性質を理解する
  • Karhunen-Loève展開による確率過程の表現を理解する
  • 伊藤積分と確率微分方程式の基礎を学ぶ
  • 中心極限定理を証明できる
  • 情報理論の基礎を理解する

目次

  1. 第1章 確率過程

    確率過程の定義、有限次元分布、サンプルパス

  2. 第2章 マルコフ過程

    マルコフ性、推移確率行列、定常分布、エルゴード性

  3. 第3章 ブラウン運動

    ウィーナー過程、経路の連続性・非微分可能性、反射原理

  4. 第4章 Karhunen-Loève展開

    確率過程の最適直交展開、共分散作用素の固有値問題、PCAとの関係

  5. 第5章 確率微分方程式

    伊藤積分、伊藤の公式、SDEの解

  6. 第6章 中心極限定理

    特性関数、中心極限定理の証明

  7. 第7章 情報理論

    エントロピー、相互情報量、情報源符号化定理

  8. 第8章 現代的話題

    マルチンゲール、大偏差原理、ランダム行列入門

マルチンゲール関連トピック

  1. 停止時刻

    停止時刻(Stopping Time)の定義・フィルトレーションとの関係・任意停止定理への橋渡し。

  2. 任意停止定理

    任意停止定理(Optional Stopping Theorem)の成立条件・証明スケッチ・ギャンブラーの破産問題への応用。

  3. ワルドの等式

    停止時刻に関する和の期待値 $E[S_N]=\mu E[N]$。逐次解析への応用。

  4. アズマの不等式

    有界増分マルチンゲールの濃度集中。有界差分法への一般化。

分布リファレンス

  1. 安定分布

    安定分布(Stable distribution)の定義・特性関数・平均・分散・特殊ケース・応用を解説する。…

  2. q-ガウス分布

    q-ガウス分布(q-Gaussian distribution)の定義・PDF・平均・分散・Tsallis統…

  3. ミッタク・レフラー分布

    ミッタク・レフラー分布(Mittag-Leffler distribution)の定義・PDF・平均・分散・…

  4. テューキーのラムダ分布

    テューキーのラムダ分布(Tukey Lambda Distribution)の定義・分位関数・平均・分散・応…

  5. ウィグナー半円分布

    ウィグナー半円分布(Wigner Semicircle Distribution)の定義・PDF・平均・分散…

  6. 仲上分布

    仲上分布(Nakagami Distribution)の定義・PDF・平均・分散・応用を入門レベルで解説する…

  7. ライス分布

    ライス分布(Rice Distribution)の確率密度関数(修正ベッセル関数 I₀ を含む)、パラメータ…

  8. バー分布

    バー分布(Burr Distribution)の定義・PDF・CDF・平均・分散・応用を入門レベルで解説する…

  9. ダガム分布

    ダガム分布(Dagum Distribution)の定義・PDF・CDF・平均・分散・収入分布への応用・バー…

  10. ロマックス分布

    ロマックス分布(Lomax distribution)の定義・PDF・CDF・平均・分散・応用を解説する。パ…

  11. ゴンペルツ分布

    ゴンペルツ分布(Gompertz Distribution):指数的に増加するハザード関数を持つ生存時間分布…

  12. クマラスワミ分布

    クマラスワミ分布(Kumaraswamy Distribution):区間 [0,1] 上の柔軟な連続分布を…

  13. アーウィン・ホール分布

    アーウィン・ホール分布(Irwin-Hall Distribution)の定義・PDF・平均・分散・中心極限…

  14. ベイツ分布

    ベイツ分布(Bates Distribution)の定義・PDF・平均・分散・アーウィン・ホール分布との関係…

  15. ドラポート分布

    ドラポート分布(Delaporte distribution)の定義・PMF・平均・分散・応用を解説する。ポ…

  16. コンウェイ・マクスウェル・ポアソン分布

    コンウェイ・マクスウェル・ポアソン分布(Conway-Maxwell-Poisson Distributio…

  17. 第2種ベータ分布

    第2種ベータ分布(Beta Prime Distribution)の定義・PDF・平均・分散・ベータ分布との…

  18. 指数修正ガウス分布

    指数修正ガウス分布(Exponentially Modified Gaussian Distribution…

  19. 双曲線正割分布

    双曲線正割分布(Hyperbolic Secant Distribution)の定義・PDF・平均・分散・特…

  20. 対数分布

    対数分布(Logarithmic Distribution・対数級数分布)の定義・PMF・平均・分散・応用を…

  21. レヴィ分布

    レヴィ分布(Lévy distribution)の定義・確率密度関数・平均と分散・安定分布としての性質・応用…

  22. スケラム分布

    スケラム分布(Skellam distribution)の定義・PMF・平均・分散・応用を解説する。2つの独…

  23. スラッシュ分布

    スラッシュ分布(Slash distribution)の定義・PDF・平均・分散・応用を解説する。標準正規分…

  24. 分散ガンマ分布

    分散ガンマ分布(Variance-Gamma distribution)の定義・PDF・平均・分散・歪度・応…

  25. ユール・シモン分布

    ユール・シモン分布(Yule-Simon Distribution)の定義・PMF・平均・分散・応用を入門レ…

  26. ゼータ分布

    ゼータ分布(Zeta Distribution)の定義・PMF・平均・分散・リーマンゼータ関数との関係・ジッ…

  27. レイズドコサイン分布

    レイズドコサイン分布(Raised Cosine Distribution)の定義・PDF・CDF・平均・分…

  28. 負の超幾何分布

    負の超幾何分布(Negative Hypergeometric Distribution)の定義・PMF・平…

  29. ラデマッハ分布

    ラデマッハ分布(Rademacher Distribution)の定義・PMF・平均・分散・応用を入門レ…

読み物

  • 連続なのに、どこも折れている [読み物]

    花粉の踊りから生まれたブラウン運動は、連続なのに微分できない怪物だった。アインシュタイン・ウィーナー・伊藤が挑んだ確率論の心臓部の物語。

  • 公平な賭けの数学 [読み物]

    どんな賭け方をしても公平なゲームでは儲けは増やせない。倍賭け戦略の罠から任意停止定理まで、「うまい手はない」ことを厳密にしたマルチンゲールの物語。

前提知識

  • 確率論 中級の内容
  • 測度論・ルベーグ積分
  • 関数解析の基礎(あれば望ましい)