Nog een wiskundige hier. Mijn onderzoek valt voornamelijk onder 'optimal stopping', een specifieke tak van stochastische 'control problems'. In het simpelste geval zijn de ingrediënten een stochastisch proces X en een uitbetalingsfunctie f.
Een stochastisch proces is feitelijk een afbeelding X van [0,T] x Ω naar R (kunnen natuurlijk ook algemenere ruimten zijn) onder bepaalde technische meetbaarheidseigenschappen. Voor elke ω uit Ω is t -> Xt(ω) dus een afbeelding van [0,T] naar R, een pad van het proces, terwijl voor elke t uit [0,T] de afbeelding ω -> Xt(ω) een stochast is. Dus een stochastisch proces kan zowel gezien worden als een collectie stochasten (Xt)t ∈ [0,T] als als een verzameling paden (t -> Xt(ω))ω ∈ Ω. Een stochastisch proces kun je dus ook zien als een stochast die als waarden (bepaalde klassen van) functies van [0,T] naar R heeft (de paden).
De theoretisch interessante aspecten even buiten beschouwing gelaten, hebben zulke processen veel toepassingen. Typisch kun je hierbij denken aan een model van een bepaald fenomeen dat zich in de tijd voorbeweegt en wiens bewegingen niet-deterministisch zijn, zoals binnen de financiële wereld (aandelenkoersen e.d.), binnen de biologie (voortplantingssystemen e.d.) etc. etc. Veel bestudeerde subklassen van stochastische processen zijn bijv. Markovprocessen (processen die een bepaalde onafhankelijkheidsstructuur hebben, die zich laat beschrijven als 'op elk tijdstip s geldt dat de evolutie van het pad in de toekomst, dus (Xt)t ∈ (s,T], (stochastisch) onafhankelijk is van het verleden vóor s, dus van (Xt)t ∈ [0,s)') en meer specifiek Lévyprocessen, die onafhankelijke en gelijk verdeelde incrementen hebben. Hieronder valt bijv. ook de Brownse beweging, waarschijnlijk het meest bekende voorbeeld van een stochastisch proces.
In zijn meest simpele vorm bestaat een optimal stopping problem uit:
(*): maximaliseer de verwachte uitbetaling E[f(Xσ)] over stoptijden σ.
Stoptijden zijn afbeeldingen van Ω naar [0,T] (dus, bij elk pad van het proces kies je een bepaalde tijd om te stoppen) waarbij de beslissing om te stoppen 'alleen van het verleden' afhangt. Je kunt dus niet 'in de toekomst' kijken (anders zou dit probleem natuurlijk ook helemaal niet interessant zijn, dan neem je simpelweg het padsgewijze maximum). Bijv., de afbeelding σ met &sigma(ω) gelijk aan 1 als X2(ω)>0 en &sigma(ω)=T anders is géén stoptijd, omdat wel of niet stoppen op t=1 afhangt van de (toekomstige) toestand X2. De afbeedling σ met &sigma(ω) gelijk aan 2 als X2(ω)>0 en &sigma(ω)=T anders is bijv. wel een stoptijd.
Er bestaat een algemene theorie voor problemen als (*), die je vertelt dat in het geval dat X een Markovproces is een optimale stoptijd gegeven wordt door inf{t >= 0 | Xt ∈ S}, waar S de 'optimal stopping region' is, een deelverzameling van [0,T] x R. Het oplossen van (*) komt dan neer op het karakteriseren van S en het bepalen van de uitkomst van (*).
Basisvoorbeeld uit financiële wiskunde: als f(t,x) = e-r t (K-ex)+ en X een Brownse beweging met drift, dan is (*) de waarde van een Amerikaanse putoptie in het beroemde Black & Scholes model. In het geval dat T=∞ kun je (*) expliciet oplossen en vind je dat S=(-∞,x*) voor een zekere x*. Dat wil zeggen, het is optimaal om te stoppen als het pad van X voor het eerst onder het niveau x* terechtkomt.Bij het bewijs worden veelal martingaaltechnieken, 'stochastic calculus' etc. gebruikt. In het geval dat T<∞ kun je dat niet meer doen en moet je in principe terugvallen op numerieke algoritmes.
Problemen als (*) worden veel interessanter (en moeilijker) als je Lévyprocessen X inzet. Deze heeft i.h.a. paden met sprongen (discontinuiteiten), in tegenstelling tot Brownse beweging. Er is niet zelden behoorlijk diepe theorie nodig om iets zinnigs te kunnen zeggen over (*). Een verdere ontwikkeling is om (*) uit te breiden naar een nulsomspel voor twee spelers, zogenaamde Dynkin games (hierover gaat mijn proefschrift grotendeels).
(Ik moet erbij zeggen dat ik een beetje uitgekeken begin te raken op optimal stopping problems en aanverwanten, en aan het kijken ben naar andere gebieden.)
heeft de hoop dat het allemaal stiekum toch nog goed komt...
Fotoboek