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(一)几何布朗运动的定义
几何布朗运动,又称为球面布朗运动,即指物体在半径为r的球面上运动的运动,这种运动不考虑摩擦力,而由重力维持,所以又称重力布朗运动。它是广义力学中的无摩擦均匀圆周运动。
(二)几何布朗运动的力学特性
几何布朗运动是一种特殊的旋转运动,它属于囊状系统,其定义如下:物体在半径为r的球面上运动,它的速度v永远指向圆心,而切矢速度ω永远指向其圆周运动的切线法线方向,此时圆周速度为v = rω 及其加速度α = rω2, 所以几何布朗运动的特征就是其切矢速度的平方等于其圆周速度的立方。
(三)几何布朗运动的应用
几何布朗运动用途极为广泛,用途涉及经济、农业、医学等多个领域,从宇宙运动、风力机叶片运动甚至机器人运动等。
1)经济方面:几何布朗运动在经济学中可以模拟期权定价;
2)农业方面:几何布朗运动可以用来模拟植物的生长过程,方便农民科学地制定耕作措施;
3)医学方面:几何布朗运动也应用在医学当中,比如模拟血管干扰几何布朗运动,早期血液病变诊断等研究中可以得到有效帮助;
4)宇宙运动方面:几何布朗运动也可以用来模拟宇宙物体运动,研究星体分布情况等。
(四)几何布朗运动的历史
几何布朗运动始于18到19世纪英国天文学家查尔斯?布朗(Charles Brown),他发现在天文观测中会遇到这种运动,于是在1824年发表了一篇论文《On the Motion of a Gyroscope》所发表的论文中,讨论了球面重力布朗运动的许多性质,包括了布朗运动的轨道以及球面上晶体结构。之后由古典力学家霍金斯又进一步研究并改进了几何布朗运动,所以几何布朗运动由此得名。
第一节:几何布朗运动的定义
几何布朗运动(Geometric Brownian Motion,以下简称GBM)是以物理学家马克斯·海兹和投资管理士保罗·布朗在1920年发表的论文,“运动中的布朗运动”而得名,它描述的是一个随机游走的运动作用。 GBM是一种振荡性的时间规划实践运动,它可用于模拟未来的财务价值。这种运动可以用概率密度函数表示,它可以帮助定量金融学家预测市场的行动。
第二节:几何布朗运动的描述
GBM可以用一个方程来描述,这个方程可以用来描述资产价格的振荡,该方程又被称为“伯宾办布朗模型”或“Geometric Brownian Motion”模型,它对随机变量有可预测的概率密度函数:
收益率=µ × 收益率 + σ × 残差项
其中µ为资产的无风险收益率,σ为波动率,而残差项施布尔(Shibler)分布表示资产价格随机变动的协方差,其预测为0均值。这就意味着,GBM可以用来预测财务市场的变化,也可以用来模拟未来的财务行动趋势。
第三节:几何布朗运动的应用
GBM的应用非常广泛,从经济到金融学,从投资组合管理到未来价格建模,它都可以用来模拟这些应用的概率分布。此外,GBM也可以用来模拟技术指标,如均线,移动平均线和波动率,以及数学建模,如风险度量,以及复杂金融工程。
GBM应用范围最广泛的是资产价格行情预测方面,在金融市场中经常使用GBM来预测投资组合的未来变化,甚至在证券投资和期货交易领域也经常使用GBM来模拟未来投资行为。
第四节:几何布朗运动的限制
GBM虽然使用较为广泛,但也存在一些局限性,其一是布朗模型本质上假定变量是正态分布的,但实际中许多因素可能不是正态分布的,所以基于此模型的预测可能存在偏差。其次,GBM运动不涵盖与时间规划性有关的变量,如交易量和利率,这些变量可能会影响特定市场的未来行为,因此不能单靠GBM做出未来的准确预测。
第五节:几何布朗运动的结论
几何布朗运动是一种模拟未来财务行动的有效方法,其方程也可以用来表达资产价格的振荡、投资组合的未来变化及复杂金融工程的建模,遍及经济、金融、投资等领域,有着极为广泛的应用。但同时也要认识到对于因时间及其他因素影响未来行为的预测,GBM可能存在局限性,可能不能给出准确的预测结果,所以在做准确预测时,除了使用GBM外,还应用其他方法进行综合考虑和估计未来行为。
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