1. 引言
模糊集值变量首先是由Kwakernaak [1]、Feron [2]、Puri和Ralescu [3],利用不同的方法开始研究的。特别地,Puri和Ralescu基于模糊集的集合表示以及集值随机变量理论,引进模糊集值随机变量的概念。
本文中,假定R是所有实数的集合,
是所有自然数的集合,Q是所有有理数的集合,
是普通范数
的d维欧几里得空间,
是几何空间E的波莱尔域,
是完备无原子概率空间,
域族满足一般条件(即包含所有的空集,非递减和右连续)。令
是一个
值可适应随机过程。如果对任意
,f是循序可测的,从
到
的映射
是
-可测的。
2. 相关基础理论
定义2.1.
上的一个模糊集是定义在
上取值为
的一个函数
,即
。
令
表示
上模糊集的全体。我们引入模糊集
的
水平截集(或
-截集)的概念,为了简便令
,
。
定义2.2. 对
,定义
,
,对于
,称
为
的
水平截集;对于
;称
为
的
强水平截集。令
表示
的支撑集,即
。
定理2.3 [4]. 如果
,
是它的水平截集类,则对任意
,有
也可以写作
上述定理说明每个模糊集能够由
水平截集族
表示,且能够由可列个
水平截集
表示,其中
是有理数集。
定义2.4. 模糊集值随机变量(或模糊随机集)是一个映射
,满足对任意
,
是集值随机变量。
定义2.5. 模糊集值随机变量X的期望,表示为
,是
的一个模糊集,满足条件:对任意
,
,
其中闭包是在
中取的。
这里的积分是Aumann积分的推广,当定义
时,为了保持每个模糊集期望的水平截集是闭集,这里取了闭包,即
。如果
,则
是紧凸集,且
。
定理2.6 [4]. 设
,
是
的
域,则存在
使得
,
注:称Y是模糊集值随机变量X在
的条件下的期望,记为
,更多记号和定义参见 [4]。
3. 模糊集值鞅和模糊集值平方可积鞅
定义3.1 一个模糊集值随机过程
称为模糊集值鞅,如果:
1)
是适应的,对任意的
,
是
-有界的
2) 对任意的
,
,
,
,
定义3.2 一个模糊集值随机过程
对任意的
,
,在
处称作模糊下半连续,如果对任意固定的
及任意开集G满足
,则存在
满足当
时,有
。
定义3.3 一个模糊集值随机过程
对任意
,
,在
时称作豪斯多夫模糊集值下半连续,如果对任意固定的
,
,存在
,则当
时,
。
注:模糊下半连续简记为f.l.s.c.,豪斯多夫模糊下半连续简记为h.f.l.s.c.,类似地,模糊上半连续简记为f.u.s.c.,豪斯多夫模糊上半连续简记为h.f.u.s.c.。
定义3.4. 假设
是可分的度量空间,Y是一个度量空间,
称作卡拉西奥多里函数,如果:
a) 对任给的
,
是可测的。
b) 对任给的
,
是可测的。
定理3.5 [5]. 假设
是一个卡拉西奥多里函数,则
是乘积可测的。
定理3.6 [5]. 假定X是一个完备的可分度量空间,Y是一个可分的巴拿赫空间,集值映射
满足:
1)
是可测的;
2) 对每个
,
是下半连续的。
则存在F的卡拉西奥多里选择的序列
,对任意
,
现在我们讨论可分的模糊集值随机过程。假定X是可分的巴拿赫空间,
是X的一个可数稠密子集,
是所有有理数的集合,
是一个球。令F为
的有限交的集合,则F是可数的。
定义3.7. 假设Y是完备的可分度量空间,
,
称作可分的,在
时,如果存在一个
的可数的集合
和
,使得对任意
和
,则有
。如果对任意的开集
,
,则
称作乘积可测的,如果对任意的开集
,
。
定理3.8 [6]. 如果
,
满足:
1) 对任意
,
是可测的,也就是说对任意开集
,
;
2) 对任给的
,
是下半连续或是豪斯多夫下半连续;
3)
是可分的。
则
是乘积可测的。
推论3.9. 假定
是可分的模糊集值鞅,对任意给定的
,
是模糊下半连续的,那么若
,则
是乘积可测的。
定义3.10. 一个
-值随机过程
称作
的一个
-鞅选择,
,如果:
1)
;
2)
是
中的一个鞅。
令
,
为
的所有
-鞅选择的集合。如果
,
可以写作
。
定理3.11. 令
为可适应的乘积可测的模糊集值随机过程,那么下列命题是等价的:
1)
是一个模糊集值鞅;
2) 对任意
,
,我们有
;
3) 对任意
,
。
此外,如果
是模糊区间值随机过程(也就是说d = 1),1) 也等价于此。
4) 存在两个实值
-鞅选择
和
对每个t,
,几乎处处
。
证明. 因为
是乘积可测的,则
的选择是乘积可测的。根据 [7] 中的定理3.1,我们可得到以上结果。
注:对固定的
,
为集值随机过程,
,
,
,
,
,
为随机过程序列,
为随机过程。
推论3.12. 假定
是一个乘积可测的模糊集值鞅,则存在一个模糊
-值鞅的序列
满足对
,几乎处处
。
定理3.13. 假定
是
-可分的,并且令
是可分的模糊集值平方可积鞅,并且对任意固定的
,
,
是模糊下半连续的,则
,
其闭包在空间
中。
证明:对任意
,由 [6] 中的定理2.6性质可知,存在
使得在
时,
,所以存在
的序列
满足对几乎处处
,当
时,
收敛于0。
根据定理3.11,对任意的
,
,且
是可分空间
的一个子集。所以存在序列
满足对几乎处处
,在
时有
。
根据有界收敛定理,我们有:在
时,
。
证明完毕。
备注3.14 在以上定理和推论中,
,
,
可以分别被
,
,
(
)取代。
接下来,我们假设随机过程
在
中取值,且若没有特殊声明,
是
-可分的。
定义3.15 一个模糊集值鞅
,
,如果
,称作平方可积的。
注意一个模糊集值平方可积鞅是
-有界的。
定理3.16. 假定
是可分的模糊集值平方可积鞅且对任意固定的
,
,
是模糊下半连续的,则存在连续模糊鞅选择的一个序列
满足对任意
,
(3.1)
证明:因为任意给定的
,
,
是模糊下半连续的,存在一系列的卡拉西奥多里选择
满足对任意
,我们有
。
进一步,对任意给定的
,存在一个序列
满足在
时,
。
因此,存在
的子序列
满足对几乎处处
,在
时,
。
因为
是
-可分的,
对任意
是模糊平方可积鞅。
不失一般性地,在下文中我们假设
对任意
是一个模糊平方可积鞅。所以,我们得到(3.1),证明完毕。
根据这个定理及 [8] 中的定理1.3.3,我们得到如下推论:
推论3.17. 假定
是可分的模糊集值平方可积鞅且对任意固定的
,
,
是模糊下半连续的,则存在一个
-值连续鞅选择序列
使得对任意
,
(3.2)
其关于
的
-可测的有限部分是可分解的。
备注3.18.
的
-值连续鞅选择的集合表示为
,但遗憾的是我们无法直接推断
是否为
中一个封闭的集合。
一般说来,我们不能直接得到
,只能从定理3.16得到(3.2)。
基金项目
本论文工作由北京市属高校基本科研业务费(No. 110052971921/103)和北京市教委基本科研业务费(No. KM202010009013)资助。