Про процес Вінера та стохастичне числення

Процес Вінера W(t) є математичною основою сучасної теорії ймовірностей та кількісних фінансів. Названий на честь Норберта Вінера, він є неперервним аналогом симетричного випадкового блукання: починаючи з нуля, приріст W(t)−W(s) на будь-якому інтервалі [s,t] має нормальний розподіл із середнім 0 та дисперсією t−s, а прирости на непересічних інтервалах незалежні.

У симуляторі доступні три основні класи процесів:

Стандартний БР:   dX = μ dt + σ dW(t)
Орнштейн-Уленбек:   dX = θ(μ − X) dt + σ dW(t)
Геометричний броунівський рух:   dS = μS dt + σS dW(t)

Всі три дискретизуються методом Ейлера-Маруями: на кожному кроці генерується гауссівський приріст √dt · N(0,1), і до нього додається детермінований дрейф. Для ГБР точний розв'язок S(t) = S₀ exp((μ−σ²/2)t + σW(t)) показує, що логарифми цін нормально розподілені — основа моделі Блека-Шоулза.

Процес ОУ є єдиним стаціонарним гауссівським марківським процесом. Швидкість середнього повернення θ визначає, наскільки швидко процес повертається до довгострокового середнього μ, тоді як σ задає амплітуду шуму. Широко застосовується в моделі Васичека для відсоткових ставок та у стратегіях парного трейдингу.

Часті запитання

Про цю симуляцію

Цей симулятор малює траєкторії процесу Вінера W(t) — неперервного випадкового блукання, прирости якого незалежні й нормально розподілені з дисперсією, що дорівнює часу. Тут також можна перемкнутися на дві похідні моделі: процес Орнштейна-Уленбека з поверненням до середнього та геометричний броунівський рух — рівняння, що лежить в основі формули ціноутворення опціонів Блека-Шоулза. Траєкторії обчислюються чисельно методом Ейлера-Маруями, стандартним способом інтегрування стохастичних диференціальних рівнянь на комп'ютері.

🔬 Що показує

До 30 незалежних випадкових траєкторій, намальованих одночасно, з накладеним білим середнім, що показує, як окремі зигзагоподібні шляхи в середньому дають плавнішу тенденцію. Кожен тип процесу виявляє свою поведінку: БР блукає без обмежень, ОУ постійно повертається до довгострокового середнього, а ГБР лишається строго додатним і в середньому зростає експоненційно, як ціна акції.

🎮 Як користуватися

Оберіть БР, ОУ або ГБР кнопками типу процесу. Для БР налаштуйте дифузію σ і знос μ; для ОУ — швидкість повернення θ, довгострокове середнє μ і волатильність σ; для ГБР — річний знос μ і волатильність σ (%/рік) та початкову ціну S₀. Кожен повзунок миттєво перемальовує набір траєкторій, тож видно, як параметр змінює розкид.

💡 Чи знали ви?

Траєкторії процесу Вінера всюди неперервні, але ніде не диференційовні — математичний курйоз, строго доведений Норбертом Вінером у 1920-х, через десятиліття після того, як ботанік Роберт Броун ще у 1827 році спостерігав таке саме тремтіння пилкових зерен під мікроскопом.

Поширені запитання

Що таке процес Вінера?

Це неперервний у часі стохастичний процес W(t), який починається з нуля і має незалежні, нормально розподілені прирости: W(t) − W(s) має нормальний розподіл із середнім 0 і дисперсією t − s. Це строга математична модель броунівського руху — хаотичного тремтіння частинок, завислих у рідині.

Чим відрізняються БР, ОУ і ГБР у цьому симуляторі?

БР (броунівський рух) — це чисте випадкове блукання без будь-якої повертальної сили, тому його розкид необмежено зростає. ОУ (Орнштейн-Уленбек) додає доданок повернення до середнього, що тягне траєкторію до цільового значення, тому підходить для моделювання відсоткових ставок чи температури. ГБР (геометричний броунівський рух) множить випадковість на поточне значення, тож траєкторія завжди лишається додатною — саме тому нею моделюють ціни акцій.

Як симулятор генерує траєкторії?

Він використовує метод Ейлера-Маруями — стохастичний аналог методу Ейлера для звичайних диференціальних рівнянь. На кожному малому кроці часу додається детермінований доданок зносу плюс випадковий поштовх, взятий із нормального розподілу й масштабований на корінь із кроку часу, що є коректним способом дискретизації стохастичного диференціального рівняння.

Чому окремі траєкторії такі зубчасті, а біла середня лінія — гладка?

Кожна траєкторія ніде не диференційовна, тому вона зигзагує на будь-якому масштабі й ніколи не стає гладкою кривою. Усереднення багатьох незалежних траєкторій гасить більшість випадкових коливань, тоді як загальний знос зберігається — саме тому біла середня траєкторія виглядає набагато гладшою за будь-яку окрему.

Чому для цін акцій використовують геометричний броунівський рух, а не звичайний броунівський рух?

Звичайний броунівський рух може стати від'ємним, що не має сенсу для ціни активу. ГБР натомість моделює логарифм ціни як броунівський рух зі зносом, тому сама ціна завжди додатна й має логнормальний розподіл. Саме це припущення лежить в основі моделі ціноутворення опціонів Блека-Шоулза.