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In this paper, using an algorithm based on the retrospective rejection sampling scheme introduced in [A. Beskos, O. Papaspiliopoulos, and G. O. Roberts,Methodol. Comput. Appl. Probab., 10 (2008), pp. 85-104] and [P. Etore and M. Martinez, ESAIM Probab.Stat., 18 (2014), pp. 686-702], we propose an exact simulation of a Brownian di ff usion whose drift admits several jumps. We treat explicitly and extensively the case of two jumps, providing numerical simulations. Our main contribution is to manage the technical di ffi culty due to the presence of t w o jumps thanks to a new explicit expression of the transition density of the skew Brownian motion with two semipermeable barriers and a constant drift.
We establish in this paper the existence of weak solutions of infinite-dimensional shift invariant stochastic differential equations driven by a Brownian term. The drift function is very general, in the sense that it is supposed to be neither bounded or continuous, nor Markov. On the initial law we only assume that it admits a finite specific entropy and a finite second moment.
The originality of our method leads in the use of the specific entropy as a tightness tool and in the description of such infinite-dimensional stochastic process as solution of a variational problem on the path space. Our result clearly improves previous ones obtained for free dynamics with bounded drift.
Processes having the same bridges as a given reference Markov process constitute its reciprocal class. In this paper we study the reciprocal class of compound Poisson processes whose jumps belong to a finite set . We propose a characterization of the reciprocal class as the unique set of probability measures on which a family of time and space transformations induces the same density, expressed in terms of the reciprocal invariants. The geometry of plays a crucial role in the design of the transformations, and we use tools from discrete geometry to obtain an optimal characterization. We deduce explicit conditions for two Markov jump processes to belong to the same class. Finally, we provide a natural interpretation of the invariants as short-time asymptotics for the probability that the reference process makes a cycle around its current state.
Packungen aus Kreisscheiben
(2019)
Der englische Seefahrer Sir Walter Raleigh fragte sich einst, wie er in seinem Schiffsladeraum moeglichst viele Kanonenkugeln stapeln koennte. Johannes Kepler entwickelte daraufhin 1611 eine Vermutung ueber die optimale Anordnung der Kugeln. Diese Vermutung sollte sich als eine der haertesten mathematischen Nuesse der Geschichte erweisen. Selbst in der Ebene sind dichteste Packungen kongruenter Kreise eine Herausforderung. 1892 und 1910 veroeffentlichte Axel Thue (kritisierte) Beweise, dass die hexagonale Kreispackung optimal sei. Erst 1940 lieferte Laszlo Fejes Toth schliesslich einen wasserdichten Beweis fuer diese Tatsache. Eine Variante des Problems verlangt,
Packungen mit endlich vielen kongruenten Kugeln zu finden, die eine gewisse quadratische Energie minimieren: Diese spannende geometrische Aufgabe wurde 1967 von Toth gestellt. Sie ist auch heute noch nicht vollstaendig gelaest. In diesem Beitrag schlagen die Autorinnen eine originelle wahrscheinlichkeitstheoretische Methode vor, um in der Ebene Näherungen der Lösung zu konstruieren.
Our first result concerns a characterization by means of a functional equation of Poisson point processes conditioned by the value of their first moment. It leads to a generalized version of Mecke’s formula. En passant, it also allows us to gain quantitative results about stochastic domination for Poisson point processes under linear constraints. Since bridges of a pure jump Lévy process in Rd with a height a can be interpreted as a Poisson point process on space–time conditioned by pinning its first moment to a, our approach allows us to characterize bridges of Lévy processes by means of a functional equation. The latter result has two direct applications: First, we obtain a constructive and simple way to sample Lévy bridge dynamics; second, it allows us to estimate the number of jumps for such bridges. We finally show that our method remains valid for linearly perturbed Lévy processes like periodic Ornstein–Uhlenbeck processes driven by Lévy noise.
Portal Wissen = Glauben
(2014)
Menschen wollen wissen, was wirklich ist. Kinder lassen sich gern eine Geschichte erzählen, aber spätestens mit vier Jahren fragten meine, ob diese Geschichte so passiert sei oder nur erfunden. Das setzt sich fort: Auch unsere wissenschaftliche Neugier wird vom Interesse befeuert herauszufinden, was wirklich ist. Selbst dort, wo wir poetische Texte oder Träume erforschen, tun wir es in der Absicht, die realen sprachlichen Strukturen bzw. die neurologischen Faktoren von bloß vermuteten zu unterscheiden. Im Idealfall können wir Ergebnisse präsentieren, die von anderen logisch nachvollzogen und empirisch wiederholbar sind. Meistens geht das aber nicht. Wir können nicht jedes Buch lesen und nicht in jedes Mikroskop schauen, nicht einmal innerhalb der eigenen Disziplin. Wie viel mehr sind wir in der Lebenswelt darauf angewiesen, den Ausführungen anderer zu vertrauen, wenn wir wissen wollen, wo es zum Bahnhof geht oder ob es in Ulan Bator schön ist. Deshalb haben wir uns daran gewöhnt, anderen Glauben zu schenken, vom Freund bis zum Tagesschausprecher. Das ist kein kindliches Verhalten, sondern eine Notwendigkeit. Freilich ist das riskant, denn alle anderen könnten uns – wie in der „Truman- Show“ – anlügen. In der Wirklichkeit wissen wir uns erst dann, wenn wir unser Selbstbewusstsein verlassen und akzeptieren, dass wir erstens nicht nur Objekte, sondern Subjekte im Bewusstsein von anderen sind, und zweitens, dass alle unsere dialogischen Beziehungen noch einmal von einem Dritten betrachtet werden, der nicht Teil dieser Welt ist.
Für Religiöse ist das der Glaube. Glaube als Unterstellung, dass alle menschlichen Beziehungen erst dann wirklich, ernst und über Zweifel erhaben sind, wenn sie sich vor den Augen Gottes wissen. Erst vor ihm ist etwas als es selbst und nicht nur „für mich“ oder „unter uns“. Daher unterscheidet die biblische Sprache drei Formen des Glaubens: die Beziehung zur Ding-Welt („glauben, dass“), die Beziehung zur Subjekt-Welt („jemandem glauben“) und die Annahme einer subjekthaften überirdischen Wirklichkeit („glauben an“). Wissenschaftstheoretisch gesehen ist Glaube also eine Totalhypothese. Glaube ist nicht das Gegenteil von Wissen, sondern der Versuch, Wirklichkeit vor dem Zweifel zu retten, indem man die fragile empirische Welt als Ausdruck einer stabilen transzendenten Welt begreift.
Oft wollen Studierende in Gesprächen nicht nur wissen, was ich weiß, sondern, was ich glaube. Als Religionswissenschaftler und gleichzeitig gläubiger Katholik sitze ich zwischen den Stühlen: Einerseits ist es als Professor meine Aufgabe, alles zu bezweifeln, d.h. jeden religiösen Text auf seine historischen Kontexte und soziologischen Funktionen zurückzuführen. Andererseits hält der Christ in mir bestimmte religiöse Dokumente – in meinem Fall die Bibel – zwar für einen interpretierbaren, aber doch irreversiblen, offenbarten Text, der vom Ursprung der Wirklichkeit handelt. Werktags ist das Neue Testament eine antike Schriftensammlung neben vielen anderen, am Sonntag ist es die Offenbarung. Beides kann klar unterschieden werden, aber es ist schwer zu entscheiden, ob das Zweifeln oder das Glauben wirklicher ist.
Das vorliegende Heft geht diesem doppelten Verhältnis zum Glauben nach: Wie steht Wissenschaft zum Glauben – ob religiös oder nicht? Wo bringt Wissenschaft Dinge ans Licht, die wir kaum glauben mögen oder uns (wieder) glauben lassen? Was passiert, wenn Forschung irrige Annahmen oder Mythen aufklärt? Ist Wissenschaft in der Lage, Dingen auf den Grund zu gehen, die zwar überzeugend, aber unerklärbar sind? Wie kann sie selbst glaubwürdig bleiben und sich dennoch weiterentwickeln?
In den Beiträgen dieser „Portal Wissen“ scheinen diese Fragen immer wieder auf. Sie bilden ein vielfältiges, spannendes und auch überraschendes Bild der Forschungsprojekte und der Wissenschaftler an der Universität Potsdam. Glauben Sie mir, es erwartet Sie eine anregende Lektüre!
Prof. Dr. Johann Hafner
Professor für Religionswissenschaft mit dem Schwerpunkt Christentum
Dekan der Philosophischen Fakultät
The interdisciplinary workshop STOCHASTIC PROCESSES WITH APPLICATIONS IN THE NATURAL SCIENCES was held in Bogotá, at Universidad de los Andes from December 5 to December 9, 2016. It brought together researchers from Colombia, Germany, France, Italy, Ukraine, who communicated recent progress in the mathematical research related to stochastic processes with application in biophysics.
The present volume collects three of the four courses held at this meeting by Angelo Valleriani, Sylvie Rœlly and Alexei Kulik.
A particular aim of this collection is to inspire young scientists in setting up research goals within the wide scope of fields represented in this volume.
Angelo Valleriani, PhD in high energy physics, is group leader of the team "Stochastic processes in complex and biological systems" from the Max-Planck-Institute of Colloids and Interfaces, Potsdam.
Sylvie Rœlly, Docteur en Mathématiques, is the head of the chair of Probability at the University of Potsdam.
Alexei Kulik, Doctor of Sciences, is a Leading researcher at the Institute of Mathematics of Ukrainian National Academy of Sciences.
For an irreducible continuous time Markov chain, we derive the distribution of the first passage time from a given state i to another given state j and the reversed passage time from j to i, each under the condition of no return to the starting point. When these two distributions are identical, we say that i and j are in time duality. We introduce a new condition called permuted balance that generalizes the concept of reversibility and provides sufficient criteria, based on the structure of the transition graph of the Markov chain. Illustrative examples are provided.
Transport molecules play a crucial role for cell viability. Amongst others, linear motors transport cargos along rope-like structures from one location of the cell to another in a stochastic fashion. Thereby each step of the motor, either forwards or backwards, bridges a fixed distance and requires several biochemical transformations, which are modeled as internal states of the motor. While moving along the rope, the motor can also detach and the walk is interrupted. We give here a mathematical formalization of such dynamics as a random process which is an extension of Random Walks, to which we add an absorbing state to model the detachment of the motor from the rope. We derive particular properties of such processes that have not been available before. Our results include description of the maximal distance reached from the starting point and the position from which detachment takes place. Finally, we apply our theoretical results to a concrete established model of the transport molecule Kinesin V.
We consider infinite-dimensional diffusions where the interaction between the coordinates has a finite extent both in space and time. In particular, it is not supposed to be smooth or Markov. The initial state of the system is Gibbs, given by a strong summable interaction. If the strongness of this initial interaction is lower than a suitable level, and if the dynamical interaction is bounded from above in a right way, we prove that the law of the diffusion at any time t is a Gibbs measure with absolutely summable interaction. The main tool is a cluster expansion in space uniformly in time of the Girsanov factor coming from the dynamics and exponential ergodicity of the free dynamics to an equilibrium product measure.
We consider an infinite system of non-overlapping globules undergoing Brownian motions in R-3. The term globules means that the objects we are dealing with are spherical, but with a radius which is random and time-dependent. The dynamics is modelized by an infinite-dimensional stochastic differential equation with local time. Existence and uniqueness of a strong solution is proven for such an equation with fixed deterministic initial condition. We also find a class of reversible measures.
Convoluted Brownian motion
(2016)
In this paper we analyse semimartingale properties of a class of Gaussian periodic processes, called convoluted Brownian motions, obtained by convolution between a deterministic function and a Brownian motion. A classical
example in this class is the periodic Ornstein-Uhlenbeck process. We compute their characteristics and show that in general, they are neither
Markovian nor satisfy a time-Markov field property. Nevertheless, by enlargement
of filtration and/or addition of a one-dimensional component, one can in some case recover the Markovianity. We treat exhaustively the case of the bidimensional trigonometric convoluted Brownian motion and the higher-dimensional monomial convoluted Brownian motion.
Using an algorithm based on a retrospective rejection sampling scheme, we propose an exact simulation of a Brownian diffusion whose drift admits several jumps. We treat explicitly and extensively the case of two jumps, providing numerical simulations. Our main contribution is to manage the technical difficulty due to the presence of two jumps thanks to a new explicit expression of the transition density of the skew Brownian motion with two semipermeable barriers and a constant drift.