求解随机微分方程两类数值方法的收敛性

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随机微分方程作为研究随机过程的数学模型,使用布朗运动作为随机项描述噪声干扰,因而更能真实地刻画实际问题,现已被广泛地应用到经济、生物、物理等多个领域。然而,可解的随机微分方程非常有限,通常需要构造数值方法并且借助计算机模拟其精确解,于是对数值方法的收敛性和稳定性有较高的要求。本文基于实际问题,构造两种新型的数值方法,指数Milstein方法及压制Runge-Kutta方法,并分别研究这两种数值方法的收敛性,文章主要就如下两部分的内容展开论述。第一部分对于一类半线性的随机微分方程,构造出一种均方1阶收敛的指数Milstein方法。数值试验验证了指数Milstein方法相比传统的Milstein方法具有更小的均方误差,从而可以更精确地模拟原随机微分方程的精确解。第二部分对漂移项具有单侧Lipschitz系数的随机微分方程,构造p阶矩收敛的显式数值方法。通常,为了保证方法的收敛性,Euler-Maruyama方法和Milstein方法等显式数值方法要求随机微分方程的右端函数满足全局Lipschitz条件;而隐式Euler-Maruyama方法虽然可以不要求方程的右端函数满足全局Lipschitz条件,但需要花费巨大的计算量。因此有学者提出了压制Euler方法(Tamed Euler Method),该方法作为显式方法节省了大量的计算量,而且具有0.5的收敛阶。本文将基于压制Euler方法,构造一类1阶收敛的压制Runge-Kutta方法。最后,利用数值试验验证本文所构造的压制Runge-Kutta方法的1阶收敛性,并且比1阶的压制Milstein方法具有更快的计算速度,表明压制Runge-Kutta方法模拟大型随机微分方程时更具实用价值。
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