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数学 > 数值分析

arXiv:2504.01630 (math)
[提交于 2025年4月2日 ]

标题: 关于Euler-Maruyama格式在多维SDEs(带有不连续漂移系数)上的性能

标题: On the performance of the Euler-Maruyama scheme for multidimensional SDEs with discontinuous drift coefficient

Authors:Thomas Müller-Gronbach, Christopher Rauhögger, Larisa Yaroslavtseva
摘要: 我们研究了具有不连续漂移系数的$d$维随机微分方程(SDE)的强逼近问题。更精确地说,我们主要假设漂移系数是分段Lipschitz连续的,且例外集$\Theta\subset \mathbb{R}^d$是一个可定向的正达到度的$C^4$维超曲面;扩散系数假设为Lipschitz连续,并且在区域$\Theta$附近,这两个系数都受到有界约束,且扩散系数在正交于$\Theta$的部分是非退化的。近年来,文献中已经证明了许多关于此类SDE强逼近的结果,特别是Euler-Maruyama格式的表现得到了研究。 对于$d=1$和有限的$\Theta$,已证明欧拉-马略拉 scheme 在所有满足系数为Lipschitz连续的经典情况下的$p\geq 1$中,达到至少$1/2$的$L_p$-误差率。 对于 $d>1$,到目前为止,人们只知道如果附加地系数 $\mu$ 和 $\sigma$ 在全局范围内有界,Euler-Maruyama 方案能达到至少 $1/4-$ 的 $L_2$-误差率。 本文中,我们证明了在上述设定下,Euler-Maruyama格式实际上达到了至少 $1/2-$ 的 $L_{p}$-误差阶,对于所有 $d\in\mathbb{N}$ 和所有 $p\geq 1$ 均成立。 该结果的证明基于一种广为人知的方法:将此类随机微分方程(SDE)转化为具有全局Lipschitz连续系数的SDE,一种针对一类非全局 $C^2$ 函数的新Itô公式,以及对时间连续Euler-Maruyama格式的实际位置与其在底层网格上前一时刻位置相对于超曲面 $\Theta$ “不同侧”的预期总时间的详细分析。
摘要: We study strong approximation of $d$-dimensional stochastic differential equations (SDEs) with a discontinuous drift coefficient. More precisely, we essentially assume that the drift coefficient is piecewise Lipschitz continuous with an exceptional set $\Theta\subset \mathbb{R}^d$ that is an orientable $C^4$-hypersurface of positive reach, the diffusion coefficient is assumed to be Lipschitz continuous and, in a neighborhood of $\Theta$, both coefficients are bounded and the diffusion coefficient has a non-degenerate portion orthogonal to $\Theta$. In recent years, a number of results have been proven in the literature for strong approximation of such SDEs and, in particular, the performance of the Euler-Maruyama scheme was studied. For $d=1$ and finite $\Theta$ it was shown that the Euler-Maruyama scheme achieves an $L_p$-error rate of at least $1/2$ for all $p\geq 1$ as in the classical case of Lipschitz continuous coefficients. For $d>1$, it was only known so far, that the Euler-Maruyama scheme achieves an $L_2$-error rate of at least $1/4-$ if, additionally, the coefficients $\mu$ and $\sigma$ are globally bounded. In this article, we prove that in the above setting the Euler-Maruyama scheme in fact achieves an $L_{p}$-error rate of at least $1/2-$ for all $d\in\mathbb{N}$ and all $p\geq 1$. The proof of this result is based on the well-known approach of transforming such an SDE into an SDE with globally Lipschitz continuous coefficients, a new It\^{o} formula for a class of functions which are not globally $C^2$ and a detailed analysis of the expected total time that the actual position of the time-continuous Euler-Maruyama scheme and its position at the preceding time point on the underlying grid are on 'different sides' of the hypersurface $\Theta$.
主题: 数值分析 (math.NA) ; 概率 (math.PR)
引用方式: arXiv:2504.01630 [math.NA]
  (或者 arXiv:2504.01630v1 [math.NA] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.01630
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Larisa Yaroslavtseva [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 4 月 2 日 11:37:06 UTC (1,772 KB)
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