隨機微積分的歷史年表(科學史)#
隨機微積分是「會抖動的微積分」:當布朗運動的花粉、股市的價格、神經元的訊號都走上不規則之路,牛頓與萊布尼茲的鏈鎖律就失效了。從 Brown 的花粉、 Bachelier 的投機、Einstein 的擴散、Langevin 的阻尼,到 Wiener 的嚴格構造、Kolmogorov 的公理、Itô 的積分與公式,再到 Black–Scholes、鞅定價、BSDE、粒子濾波、粗糙路徑、Hairer 的正則結構,直到深度 BSDE、神經 SDE 與擴散生成模型——這部歷史就是人類追問「隨機性能否微分」的兩百年探案史。
本書以「推理探案」的方式,為每個歷史事件寫一篇 wiki,包含前因後果、理論與公式。每篇檔名以年份開頭。
目錄(Wiki 書篇目)#
第一幕:混沌初見 — 抖動被看見(1827–1923)#
| 年份 | 事件 | Wiki |
|---|---|---|
| 1827 | Brown 布朗運動:花粉在水中的詭異之舞 | 1827-Brown布朗運動.md |
| 1900 | Bachelier 投機理論:巴黎股市裡的布朗運動,比 Einstein 早五年 | 1900-Bachelier投機理論.md |
| 1905 | Einstein 布朗運動:奇蹟年第四篇,原子存在的數學證據 | 1905-Einstein布朗運動.md |
| 1906 | Markov 鏈:無記憶的隨機接龍 | 1906-Markov鏈.md |
| 1908 | Langevin 方程:阻尼+噪聲,第一條隨機微分方程 | 1908-Langevin方程.md |
| 1909 | Perrin 實驗證實:數出阿佛加厥常數,終結原子論戰 | 1909-Perrin實驗證實.md |
| 1923 | Wiener 過程:布朗運動的嚴格數學誕生 | 1923-Wiener過程.md |
第二幕:公理與積分 — 隨機站上嚴格地基(1931–1951)#
| 年份 | 事件 | Wiki |
|---|---|---|
| 1931 | Kolmogorov 方程:前向 Fokker–Planck 與後向方程 | 1931-Kolmogorov方程.md |
| 1933 | Kolmogorov 公理化:機率論的《幾何原本》 | 1933-Kolmogorov公理化.md |
| 1942 | Itô 積分:向未來看齊的隨機積分 | 1942-Ito積分.md |
| 1949 | Feynman–Kac 公式:拋硬幣解熱方程 | 1949-FeynmanKac公式.md |
| 1951 | Itô 公式:隨機世界的鏈鎖律,多出二階項 | 1951-Ito公式.md |
第三幕:濾波、控制與金融 — 隨機走進華爾街(1955–1982)#
| 年份 | 事件 | Wiki |
|---|---|---|
| 1955 | Maruyama 格式:Euler–Maruyama,SDE 第一個數值解 | 1955-Maruyama數值格式.md |
| 1960 | Girsanov 定理:換個機率,漂移消失 | 1960-Girsanov定理.md |
| 1960 | Kalman 濾波:登月背後的遞迴估計 | 1960-Kalman濾波.md |
| 1973 | Black–Scholes 公式:選擇權定價的封神之作 | 1973-BlackScholes公式.md |
| 1975 | Milstein 格式:強收斂一階的修正項 | 1975-Milstein格式.md |
| 1976 | Malliavin 變分:Wiener 空間上的微積分,無需微分的希臘字母 | 1976-Malliavin變分.md |
| 1979 | 鞅定價:Harrison–Kreps–Pliska,無套利即鞅測度 | 1979-鞅定價理論.md |
| 1982 | Anderson 逆時 SDE:把擴散倒著播,生成模型的祖師爺 | 1982-Anderson逆時SDE.md |
第四幕:結構深化 — 非線性、量子與粗糙(1984–1998)#
| 年份 | 事件 | Wiki |
|---|---|---|
| 1984 | 量子隨機微積分:Hudson–Parthasarathy 的量子 Itô 表 | 1984-量子隨機微積分.md |
| 1990 | BSDE 倒向隨機微分方程:Pardoux–Peng,從終點倒著解 | 1990-BSDE倒向方程.md |
| 1992 | Kloeden–Platen 數值聖經:SDE 數值解的大一統 | 1992-KloedenPlaten數值聖經.md |
| 1993 | Heston 隨機波動:微笑曲線的隨機解 | 1993-Heston隨機波動.md |
| 1993 | 粒子濾波:Gordon–Salmond–Smith 的自助濾波器 | 1993-粒子濾波.md |
| 1998 | Lyons 粗糙路徑:比 Itô 更粗的積分,Hölder 指数小於二分之一 | 1998-Lyons粗糙路徑.md |
第五幕:奇異與智能 — 從 KPZ 到生成式 AI(2014–至今)#
| 年份 | 事件 | Wiki |
|---|---|---|
| 2014 | Hairer 正則結構:KPZ 的嚴格解,Fields 獎 | 2014-Hairer正則結構.md |
| 2014 | Rough Volatility:波動比布朗更粗糙, \(H \approx 0.1\) | 2014-RoughVolatility.md |
| 2017 | Deep BSDE:E–Han–Jentzen,高維 PDE 的神經解法 | 2017-DeepBSDE.md |
| 2018 | Neural SDE:把 SDE 寫進神經網路層 | 2018-NeuralSDE.md |
| 2021 | 擴散生成模型 SDE:Song 等人的分數逆擴散,Anderson 歸來 | 2021-擴散模型SDE.md |
程式實作(_code/,檔名:年份-程式名稱.py,全數 numpy 可執行)#
| 程式 | 對應 Wiki | 驗證要點 |
|---|---|---|
| _code/1827-brownian_msd.py | 1827 Brown | 二維均方位移 \(\approx 4Dt\) |
| _code/1900-bachelier_option.py | 1900 Bachelier | MC 與 Bachelier 公式誤差 \(< 1\%\) |
| _code/1905-einstein_diffusion.py | 1905 Einstein/1909 Perrin | MSD 斜率還原擴散係數 |
| _code/1906-markov_stationary.py | 1906 Markov | 模擬頻率 \(\approx\) 平穩分佈 |
| _code/1908-langevin_ou.py | 1908 Langevin | 平穩變異數 \(\approx \sigma^2/2\theta\) |
| _code/1923-wiener_qv.py | 1923 Wiener | 二次變差 \(\to T\) |
| _code/1931-fokker_planck_ou.py | 1931 Kolmogorov | 直方圖 \(\approx\) 解析常態 |
| _code/1933-clt_demo.py | 1933 公理化 | 標準化均值逼近常態 |
| _code/1942-ito_isometry.py | 1942 Itô/1984 量子 | 均值 \(0\) 、變異數 \(T^2/2\) |
| _code/1949-feynman_kac_heat.py | 1949 Feynman–Kac | MC 解熱方程誤差 \(< 1\%\) |
| _code/1951-ito_gbm.py | 1951 Itô 公式 | Itô 修正項 \(-\sigma^2/2\) 現形 |
| _code/1955-euler_maruyama_order.py | 1955 Maruyama/1992 聖經 | 強收斂約 \(1/2\) 階 |
| _code/1960-girsanov_drift.py | 1960 Girsanov | 加權均值還原漂移 |
| _code/1960-kalman_1d.py | 1960 Kalman | RMSE 低於 raw 觀測三成以上 |
| _code/1973-black_scholes_mc.py | 1973 Black–Scholes | MC 與公式誤差 \(< 1\%\) |
| _code/1975-milstein_order.py | 1975 Milstein/1992 聖經 | 強收斂約 \(1\) 階 |
| _code/1976-malliavin_delta.py | 1976 Malliavin | 權重 Delta \(\approx\) 解析值 |
| _code/1979-binomial_crr.py | 1979 鞅定價 | CRR 收斂至 BS 公式 |
| _code/1982-reverse_ou.py | 1982 Anderson | 逆時重建邊際分佈 |
| _code/1990-linear_bsde.py | 1990 BSDE/2017 Deep BSDE | 迴歸解 \(\approx\) 解析解 |
| _code/1993-heston_mc.py | 1993 Heston | 賣買權平價成立 |
| _code/1993-particle_filter.py | 1993 粒子濾波 | RMSE 達 Kalman 九成水準 |
| _code/1998-fbm_hurst.py | 1998 Lyons/2014 Rough Vol | 變異數標度 \(t^{2H}\) |
| _code/2018-ou_mle.py | 2018 Neural SDE | 參數還原誤差 \(< 10\%\) |
| _code/2021-score_diffusion_1d.py | 2021 擴散模型 | 雙峰還原,KS 檢定通過 |
因果鏈總覽#
Brown (1827) ── 花粉之舞 ── Bachelier (1900) ── 投機即布朗 ── Einstein (1905) ── 擴散定量
│ │
│ ├─ Markov (1906) ── 無記憶鏈
│ ├─ Langevin (1908) ── 阻尼+噪聲 ── OU ── Kalman (1960) ── 粒子濾波 (1993)
│ ├─ Perrin (1909) ── 原子實證
│ └─ Wiener (1923) ── 嚴格構造 ── QV ── 粗糙路徑 (1998) ── Rough Vol (2014)
│
├─ Kolmogorov (1931) ── 前向/後向方程 ── Fokker–Planck ── 數值 PDE 分支
├─ Kolmogorov (1933) ── 公理化 ── LLN/CLT 地基
│
└─ Itô積分 (1942) ── Itô公式 (1951) ── SDE 世界
│ │
├─ Feynman–Kac (1949) ── 拋硬幣解 PDE ── BSDE (1990) ── Deep BSDE (2017)
├─ Maruyama (1955) ── EM ── Milstein (1975) ── Kloeden–Platen (1992)
├─ Girsanov (1960) ── 換測度 ── 鞅定價 (1979) ── BS (1973) ── Heston (1993)
├─ Malliavin (1976) ── Wiener 微分 ── 希臘字母
├─ Anderson逆時 (1982) ── 擴散生成 (2021)
├─ 量子隨機 (1984) ── 非交換分支
└─ Hairer正則 (2014) ── KPZ ── 奇異 SPDE 分支
寫作方式說明#
每篇 wiki 採「推理探案」結構:
- 案發現場(前因):當時的未解之謎是什麼?誰遇到的?為何重要?
- 偵查過程(推理):主角如何思考?關鍵靈感為何?核心技術(方程、測度變換、數值格式)如何推導,含數學式與表格。
- 結案報告(後果):謎題如何解?留下什麼遺產?影響了哪些後續事件?
- 證據與工具:關鍵公式、演算法虛擬碼或 Python 模擬程式、參數表(非必要不硬寫程式,優先講清理論)。
- 補充:程式實作:對應
_code/可執行程式的連結、理論呼應、執行方式、實測輸出、讀者實驗,以及完整程式碼。