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随机过程理论在数学、科学和工程中有着越来越广泛的应用。《随机过程基础》包括随机过程一些基本而又重要的内容:条件期望,Markov链,Poisson过程和Brown运动:同时也包括Ito积分和随机微分方程等应用范围越来越广的内容。
这是一本难得的好书,它1999年出版,到2000年已经是第3次印刷,到2003年则重印到第6次。
内容简介
随机过程在数学、科学和工程中有着越来越广泛的应用。《随机过程基础》包括随机过程一些基本而又重要的内容:条件期望,Markov链,Poisson过程和Brown运动;同时也包括Ito积分和随机微分方程等应用范围越来越广的内容。《随机过程基础》的习题是其基本内容的延伸,而且有十分完整的解答,非常适合高年级本科生和研究生自学使用或用作教学参考书。
内页插图
目录
1. Review of Probability
1.1 Events and Probability
1.2 Random Variables
1.3 Conditional Probability and Independence
1.4 Solutions
2. Conditional Expectation
2.1 Conditioning on an Event
2.2 Conditioning on a Discrete Random Variable
2.3 Conditioning on an Arbitrary Random Variable
2.4 Conditioning on a a-Field
2.5 General Properties
2.5 Various Exercises on Conditional Expectation
2.7 Solutions
3 Martingales in Discrete Time
3.1 SequencesofRandomVariables
3.2 Filtrations
3.3 Martingales
3.4 Games or Uhance
3.5 StoppingTimes
3.5 Optional Stopping Theorem
3.7 Solutions
4 Martingale Inequalities and Convergence
4.1 Doobs Martingale Inequalities
4.2 Doobs Martingale Convergence Theorem
4.3 Uniform Integrability and L1 Convergence of Martingales
4.4 Solutions
5. Markov Chains
5.1 First Examples and Definitions
5.2 Classification of States
5.3 Long-Time Behaviour of Markov Chains: General Case
5.4 Long-Time Behaviour of Markov Chains with Finite State
Space
5.5 Solutions
6. Stochastic Processes in Continuous Time
6.1 General Notions
6.2 Poisson Process
6.2.1 Exponential Distribution and Lack of Memory
6.2.2 Construction of the Poisson Process
6.2.3 Poisson Process Starts from Scratch at Time t
6.2.4 Various Exercises on the Poisson Process
6.3 Brownian Motion
6.3.1 Definition and Basic Properties
6.3.2 Increments of Brownian Motion
6.3.3 Sample Paths
6.3.4 Doobs Maximal L2 Inequality for Brownian Motion
6.3.5 Various Exercises on Brownian Motion
6.4 Solutions
7. Ito Stochastic Calculus
7.1 Ito Stochastic Integral: Definition
7.2 Examples
7.3 Properties of the Stochastic Integral
7.4 Stochastic Differential and It5 Formula
7.5 Stochastic Differential Equations
7.6 Solutions
Index
前言/序言
在学校教书多年,当学生(特别是本科生)问有什么好的参考书时,我们所能推荐的似乎除了教材还是教材,而且不同教材之间的差别并不明显、特色也不鲜明。所以多年前我们就开始酝酿,希望为本科学生引进一些好的参考书,为此清华大学数学科学系的许多教授与清华大学出版社共同付出了很多心血。
这里首批推出的十余本图书,是从Springer出版社的多个系列丛书中精心挑选出来的。在丛书的筹划过程中,我们挑选图书最重要的标准并不是完美,而是有特色并包容各个学派(有些书甚至有争议,比如从数学上看也许不够严格),其出发点是希望我们的学生能够吸纳百家之长;同时,在价格方面,我们也做了很多工作,以使得本系列丛书的价格能让更多学校和学生接受,使得更多学生能够从中受益。
本系列图书按其定位,大体有如下四种类型(一本书可以属于多类,但这里限于篇幅不能一一介绍)。
好的,这是为您精心撰写的图书简介,内容聚焦于该书的数学深度、结构特点及其对读者的价值,全文约1500字。 --- 《大学数学基础:随机过程导论》 深度解析:现代概率论的基石与应用 前言:概率的浪潮与随机世界的秩序 在现代科学与工程的宏大图景中,确定性模型已不足以描绘自然现象和社会行为的全貌。从金融市场的波动到物理系统的涨落,再到生物过程的演化,随机性构成了我们理解世界的基本框架。本书《大学数学基础:随机过程导论》(影印版)并非仅仅是一本概率论的延伸,而是一部旨在引导读者系统掌握随机过程这一核心数学工具的权威著作。 本书的定位清晰:它面向具有扎实微积分与线性代数基础的高年级本科生、研究生以及需要深入理解随机现象的科研人员。它成功地在数学的严谨性与实际应用的直观性之间架设了一座坚实的桥梁,确保读者在掌握理论的同时,能够洞察其在实际问题中的强大解析能力。 第一部分:从离散到连续——过程的构建基石 本书的结构设计具有极高的逻辑性。开篇并未急于引入复杂的连续时间模型,而是从最直观且易于操作的离散时间过程入手,为后续的泛化奠定坚实的基础。 离散时间马尔可夫链(DTMC)的精妙演绎: 这部分内容是全书的“压舱石”。作者以极其细腻的笔触,构建了马尔可夫性质的数学骨架。读者将学习到如何用转移概率矩阵来精确描述系统的状态转移。重点在于对不可约性、正常返性与遍历性的深入探讨。例如,对于一个通信网络的状态分析,本书不仅展示了如何计算稳态分布(平稳分布),更重要的是,它通过严谨的证明揭示了这种稳态的“收敛性”——为何经过足够长时间的演化,系统会趋向于一个稳定的概率分布,以及这个分布的唯一性所在。这部分内容对于理解随机算法的收敛速度,乃至信息论中的信道容量,都具有不可替代的理论价值。 泊松过程与到达过程的精细描绘: 泊松过程是描述事件发生率的经典模型,也是连续时间随机过程的起点。本书对泊松过程的介绍,着重于其独立增量性和平稳增量性的定义,并详细阐述了其与指数分布之间的深刻联系——这是理解随机服务系统(排队论)的关键。读者将通过本书理解为何“无记忆性”是泊松过程的灵魂,以及如何利用这一性质来构建更复杂的到达模型,例如次序统计量在事件发生时间点上的分布推导。 第二部分:连续时间的深刻洞察与分析工具 过渡到连续时间领域是本书展示其数学深度的关键阶段。作者并未简单地将离散时间的结果进行极限操作,而是引入了更强大的分析工具和更精细的概率空间构造。 连续时间马尔可夫链(CTMC)与生成元矩阵: 在CTMC的分析中,本书深入讲解了无穷小生成元(或称速率矩阵)的构造及其在描述瞬间变化中的作用。读者将学习到科尔莫哥洛夫前向方程与后向方程的推导,这些微分方程组是分析系统中瞬时速率如何驱动状态演变的数学核心。对于理解物理学中粒子衰变或化学反应动力学等连续演化过程,掌握这些方程的解法和稳态分析至关重要。 鞅论基础:随机过程的“守恒定律” 本书对鞅(Martingale)理论的引入,极大地提升了其作为高级教材的地位。鞅的概念,从直觉上理解为“公平的赌局”,在数学上代表了一种不依赖于过去信息的期望更新规则。本书详细构建了上鞅、下鞅和鞅的定义,并探讨了诸如Doob鞅收敛定理等核心成果。这些工具在处理金融定价中的“无套利原理”、随机控制理论以及信息论中的信息量估计等方面,展现出无与伦比的威力。掌握鞅论,意味着读者获得了处理信息流和不确定性演化的最强大的数学语言之一。 布朗运动与随机积分的萌芽: 尽管本书的重点在于对基础过程的严谨梳理,但它对维纳过程(标准布朗运动)的介绍是审慎而深刻的。它从其路径的连续性、零均值与独立增量性等基本性质出发,为读者构建了随机分析的“微元”。对布朗运动的几何特性——如平方可积性、无穷小的方差等——的精确刻画,是通往伊藤积分的必要前提,本书在此处为其埋下了必要的伏笔,使读者对随机微积分的必要性有清晰的认识。 第三部分:过程间的交叉与应用模型 本书的后半部分致力于将上述基础工具应用于更具挑战性的模型,并展示随机过程在不同学科间的迁移性。 鞅的采样与停止时间理论: 停止时间(Stopping Time)是随机过程中一个极其微妙的概念,它涉及在何时停止观察一个随机过程,以便在不“偷看未来”的情况下进行决策。本书详尽地讨论了可选停止定理(Optional Stopping Theorem)。这个定理的精妙之处在于,它将鞅的性质与停止时间结合起来,提供了一种在随机时间点进行期望值计算的可靠方法。这直接对应于金融期权定价中寻找“最优执行时机”的问题。 次过程与平稳过程: 本书对平稳性(Stationarity)概念的讨论,聚焦于过程的统计特性不随时间漂移的特性。通过对宽平稳(WSS)和严平稳(Strictly Stationary)的区分,读者可以理解在时间序列分析中,何时可以使用傅里叶分析等工具来简化复杂过程的分析。对于信号处理和通信系统而言,理解如何识别和建模平稳随机过程,是进行频谱分析和系统性能评估的前提。 结论:超越计算,直达洞察 《大学数学基础:随机过程导论》的价值,远超于简单地计算出某个过程的期望或方差。它通过严格的数学框架,教会读者如何“建模”不确定性,如何“分析”时间依赖的随机现象,以及如何“预测”长期行为。本书所构建的知识体系,是深入研究现代统计推断、金融工程、复杂系统科学以及随机控制等前沿领域所不可或缺的数学基石。它要求读者付出专注与努力,但回报的将是对随机世界运行机制的深刻且优雅的洞察。