费利克斯·卡斯特纳;安德烈亚斯·罗德勒 迭代随机积分的逼近算法分析及Julia和Matlab公司仿真工具箱。 (英语) Zbl 07676509号 数字。算法 93,编号1,27-66(2023). 摘要:对于多维Wiener过程的二重迭代随机积分及其相应的Lévy区域的逼近和模拟,我们回顾了四种基于傅里叶级数方法的算法。特别地,考虑了Wiktorsson提出的非常有效的算法和Mrongowius和Rößler提出的新算法。为了将最近的进展放在背景中,我们在一个统一的框架中分析了四种基于傅里叶变换的算法,以突出它们推导过程中的差异和相似性。通过数值模拟对理论性质进行比较,以揭示每种算法的收敛顺序。此外,给出了随机(偏)微分方程解模拟的最佳算法和参数选择的具体说明。此外,我们为高效实现所考虑的算法提供了建议,并将这些见解纳入了一个开放源码工具箱中,该工具箱可供Julia和Matlab公司编程语言。通过将该工具箱与一些现有实现进行比较,分析了它的性能,在这些实现中,我们观察到了显著的加速。 引用于1文件 MSC公司: 65-XX岁 数值分析 关键词:迭代随机积分;勒维地区;随机模拟;朱莉娅;Matlab公司;软件工具箱;随机微分方程;随机偏微分方程 软件:github;Ito流程;JiTCDDE公司;存储差异.jl;尤玛;SDELab公司;JiTCSDE公司;模拟。差异处理;征税区.jl;桥梁.jl;SDE模型.jl;朱莉娅;火炬;JiTCODE代码;sdeint公司;SDE-Solver软件;Matlab公司;SDE工具箱;苏打水 PDF格式BibTeX公司 XML格式引用 \textit{F.Kastner}和\textit{A.Rößler},数字。算法93,No.1,27--66(2023;Zbl 07676509) 全文: 内政部 arXiv公司 OA许可证 参考文献: [1] 阿布恩(Aburn),M.:sdeint。版本0.2.2。https://github.com/mattja/deint (2021) [2] 奥·柯林德,C.:SDEModels.jl。版本0.2.0。https://github.com/Godisemo/SDEModels.jl (2019) [3] Ansmann,G.:有效且容易地将微分方程与JiTCODE、JiTCDDE和JiTCSDE集成。摘自:《混沌:非线性科学的跨学科期刊》第28.4卷,第043116页。doi:10.1063/1.5019320(2018)·Zbl 1390.34005号 [4] Avramidis,E.、Lalik,M.、Akman。SODECL:一个开源库,用于并行计算随机微分方程系统的多个轨道。收录于:ACM数学软件交易记录第46.3卷,第1-21页。doi:10.1145/3385076(2020)·Zbl 1484.65010号 [5] Bezanson,J.等人:朱莉娅:数值计算的新方法。参见:《SIAM评论》第59.1卷,第65-98页。doi:10.1137/141000671(2017)·Zbl 1356.68030号 [6] Brouste,A.等人:YUIMA项目:模拟和推断随机微分方程的计算框架。收录于:《统计软件杂志》第57.4卷。doi:10.18637/jss.v057.i04(2014) [7] Clark,J.M.C,Cameron,R.J:随机微分方程离散近似的最大收敛速度。随机微分系统滤波和控制。控制和信息科学的课堂讲稿。斯普林格,第162-171页。doi:10.1007/BFb0004007(1980) [8] Da Prato,G。;Zabczyk,J.,《无限维随机方程》。第二版。第152卷。《数学及其应用百科全书》,第xviii+493页(2014),剑桥:剑桥大学出版社,剑桥·Zbl 1317.60077号 ·doi:10.1017/CBO9781107295513 [9] Datseris,G等人:Watson博士:您科学研究的最佳助手。在:《开放源码软件期刊》第5.54卷,第2673页。doi:10.21105/joss.02673(2020) [10] Davie,A:国民党理论应用于SDE近似。2014年:随机分析与应用。向特里·莱昂斯致敬。根据2013年9月23日至27日在英国牛津举行的会议上所作的陈述所选文章。查姆:施普林格,第185-201页。doi:10.1007/978-3-319-11292-37(2014)·Zbl 1388.60116号 [11] Dickinson,A.S.:布朗运动第二迭代积分的最优逼近。In:斯托克。分析。申请。第25.5卷,第1109-1128页。doi:10.1080/0736299070140592(2007)·Zbl 1127.65004号 [12] Flint,G.,Lyons,T.:通过耦合分段阿贝尔粗糙路径实现SDE的路径近似。输入:arXiv:1505.01298(2015) [13] Foster,J.,Habermann,K.:Lévy面积近似和Riemann-zeta函数特殊值的Brownian桥展开。在:组合数学,概率和计算。doi:10.1017/S096354832200030X(2022) [14] Gaines,J.G.,Lyons,T.J.:随机面积积分的随机生成。参见:SIAM应用数学杂志第54.4卷,第1132-1146页。doi:10.1137/S00361399992235706(1994)·Zbl 0805.60052号 [15] Gevorkyan,M.N.等人:随机微分方程的随机Runge-Kutta软件包。领域:可靠性工程和复杂系统。斯普林格第169-179页。doi:10.1007/978-3-319-39639-2_15(2016) [16] Gevorkyan,M.N.等人:随机数值龙格-库塔软件实现中的问题。语言理论的发展。斯普林格,第532-546页。doi:10.1007/978-3-319-99447-5_46(2018) [17] Gilsing,H.,Shardlow,T.:SDELab:在MATLAB中求解随机微分方程的软件包。收录于:《计算与应用数学杂志》第205.2卷,第1002-1018页。doi:10.1016/j.cam.2006.05.037(2007)·Zbl 1116.65005号 [18] Guidoum,A.C.,Boukhetala,K.:为Itóand Stratonovich随机微分系统执行并行蒙特卡罗和矩方程方法:R Package Sim。差异处理。收录于:《统计软件杂志》第96.2卷。doi:10.18637/jss.v096.i02(2020) [19] von Hallern,C.,Rößler,A.:涵盖非交换噪声情况的SPDE的无导数Milstein型近似方法。出现在:Stoch。PDE:分析。公司。,doi:10.1007/s40072-022-00274-6(2022) [20] von Hallern,C.,Rößler,A.:无交换噪声条件下SPDE的Milstein方案分析。In:蒙特卡罗和准蒙特卡罗方法。2018年MCQMC。第13届科学计算中蒙特卡罗和准蒙特卡罗方法国际会议论文集,法国雷恩,2018年7月1日至6日。查姆:施普林格,第503-521页。doi:10.1007/978-3-030-43465-6_25(2020)·Zbl 07240111号 [21] Henderson,H.V.、Searle,S.R.:vec-置换矩阵、vec算子和Kronecker产品:综述。收录于:《线性和多线性代数》第9.4卷,第271-288页。doi:10.1080/0308108810817379(1981)·Zbl 0458.15006号 [22] Horchler,A.D:SDETools。1.2版。https://github.com/horchler/SDETools网站(2013) [23] Iacus,SM,《随机微分方程的模拟和推断》(2008),纽约:Springer,纽约·Zbl 1210.62112号 ·doi:10.1007/978-0-387-75839-8 [24] Iacus,S.M.,Yoshida,N.:用YUIMA模拟和推断随机过程,Springer国际出版公司。doi:10.1007/978-3-319-55569-0(2018)·Zbl 1458.60004号 [25] Janicki,A.、Izydorczyk,A.、Gradalski。P.:使用SDE-Solver软件包对随机模型进行计算机模拟。In:计算科学-ICCS 2003。国际会议,澳大利亚墨尔本和俄罗斯圣彼得堡,2003年6月2日至4日。会议记录,第一部分,柏林:施普林格,第361-370页。doi:10.1007/3-540-44860-8_37(2003)·Zbl 1033.65500号 [26] Karatzas,I.,Shreve,S.E.:布朗运动与随机微积分,Springer-Verlag。doi:10.1007/978-1-4612-0949-2(1991)·Zbl 0734.60060号 [27] Kastner,F.,Rößler,A.:LevyArea.jl。doi:10.5281/zenodo.5883748。https://github.com/stochamics-uni-luebeck/LevyArea.jl (2022) [28] Kastner,F.,Rößler,A.:LevyArea.m.2022年。doi:10.5281/zenodo.5883929。https://github.com/stochastics uni-luebeck/LevyArea.m [29] Kloeden,P.E.,Platen,E.:随机微分方程的数值解。第二次更正打印。第23卷。数学应用。柏林施普林格出版社,第xxxvi+632页。doi:10.1007/978-3-662-12616-5(1995) [30] Kloeden,P.E.,Platen,E,Wright,I.W:多重随机积分的近似。In:斯托克。分析。申请。第10.4卷,第431-441页。doi:10.1080/077362999208809281(1992)·Zbl 0761.60048号 [31] Kuznetsov,D.F.:使用勒让德多项式和三角函数对伊藤随机微分方程进行数值求解的效率比较分析。收录于:《计算数学和数学物理》第59.8卷,第1236-1250页。doi:10.1134/s0965542519080116(2019)·Zbl 07139676号 [32] 库兹涅佐夫,D.F.:伊藤随机微分方程数值解的傅里叶方法的发展和应用。收录于:《计算数学和数学物理》第58.7卷,第1058-1070页。doi:10.1134/s0965542518070096(2018)·Zbl 1483.65016号 [33] Leonhard,C.,Rößler,A.:提高具有交换噪声的随机偏微分方程的Milstein格式的阶数。收件人:SIAM J.Numer。分析。第56.4卷,第2585-2622页。doi:10.1137/16M1094087(2018)·Zbl 1432.65161号 [34] Leonhard,C.,Rößler,A.:无限维迭代随机积分:近似和误差估计。In:斯托克。PDE:分析。公司。,第7.2卷,第209-239页。doi:10.1007/s40072-018-0126-9(2019)·Zbl 1457.60083号 [35] Lévy,P.:Wieners随机函数和其他拉普拉斯随机函数。摘自:第二届伯克利数理统计与概率研讨会论文集,1950年。加州大学出版社,伯克利和洛杉矶,第171-187页(1951年)·Zbl 0044.13802号 [36] Li,X.:火炬。版本0.2.4。https://github.com/google-research/torchsde (2021) [37] Liske,H.,Platen,E.,Wagner,W.:关于混合多重维纳积分。准备。,阿卡德。威斯。DDR,Inst.数学。P-MATH-23/82,第17卷(1982年)·Zbl 0496.60050号 [38] Magnus,J.R,Neudecker,H:交换矩阵:一些性质和应用。收录于:《统计年鉴》,第7.2卷,第381-394页。doi:10.1214/aos/1176344621(1979)·Zbl 0414.62040号 [39] Malham,S.J.A,Wiese,A.:有效的几乎精确的勒维地区采样。收录于:《统计与概率快报》第88卷,第50-55页。doi:10.1016/j.spl.2014.01.022(2014)·Zbl 1296.60180号 [40] Milstein,GN,随机微分方程的数值积分。第313卷。数学及其应用。翻译和修订自1988年俄文原文,第viii+169页(1995年),多德雷赫特:Kluwer学术出版社,多德雷赫特 [41] Mrongowius,J.,Rößler,A.:关于多维布朗运动中迭代随机积分和相应Lévy区域的近似和模拟。In:斯托克。分析。申请。,第40.3卷,第397-425页。doi:10.1080/07362994.2021.1922291(2022)·Zbl 1491.60076号 [42] Neuenkirch,A.,Tindel,S.,Unterberger,J.:离散化分数Lévy面积。《随机过程及其应用》第120.2卷,第223-254页。doi:10.1016/j.spa.2009.10.007(2010)·Zbl 1185.60076号 [43] Neuenkirch,A.,Shalaiko,T.:单点上分数Lévy面积近似的最大收敛速度。收录于:《复杂性杂志》第33卷,第107-117页。doi:10.1016/j.jco.2015.09.008(2016)·兹比尔1333.65009 [44] 皮奇尼,U.:SDE工具箱。1.4.1版。http://sdetoolbox.sourceforge.net (2017) [45] 普雷夫特,C。;Röckner,M.,《随机偏微分方程简明教程》。第1905卷《数学课堂讲稿》,第vi+144页(2007),柏林:施普林格,柏林·Zbl 1123.60001号 [46] Rößler,A.:随机微分方程解的强逼近的Runge-Kutta方法。收件人:SIAM J.Numer。分析。第48.3卷,第922-952页。doi:10.1137/09076636X(2010)·Zbl 1231.65015号 [47] Rydén,T.,Wiktorsson,M.:关于迭代Itô积分的模拟。In:随机过程。申请。第91.1卷,第151-168页。doi:10.1016/S0304-4149(00)00053-3(2001)·Zbl 1047.60052号 [48] Schauer,M.:布里奇·杰尔。版本0.11.6。https://github.com/mschauer/Bridge.jl (2021) [49] SciML:StochurticDiffEq.jl。版本6.37.1。https://github.com/SciML/StochamicDiffEq.jl (2021) [50] Shardlow,T.:SDELab2。1.0版。https://github.com/tonyshardlow/SDELAB2网址(2016) [51] Stump,D.M.,Hill,J.M.:关于随机微分方程数值积分中产生的无穷积分。摘自:《伦敦皇家学会会刊》。A系列:数学、物理和工程科学第461.2054卷,第397-413页。doi:10.1098/rspa.2004.1379(2005)·Zbl 1145.65300号 [52] MathWorks Inc.:财务工具箱。美国马萨诸塞州纳提克。https://www.mathworks.com/help/finance网站/ (2021) [53] Wiktorsson,M.:多个独立布朗运动的联合特征函数和迭代积分的同时模拟。收件人:Ann.Appl。普罗巴伯。第11.2卷,第470-487页。doi:10.1214/aoap/1015345301(2001)·Zbl 1019.60053号 [54] Wolfram研究:ItoProcess。版本12.2.0。https://reference.wolfram.com/language/ref/ItoProcess.html (2016) 此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。