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¿Cómo puedo demostrar que la solución de la SDE de Heston es un proceso de Markov?

Consideremos el modelo de Heston expresado como \begin{align} dS_t &= \mu S_t dt + S_t \sqrt{V_t} \big(\rho dW_t^{(1)}+\sqrt{1-\rho^2}dW_t^{(2)} \big); \tag*{(1)} \\ dV_t &= \kappa(\theta - V_t)dt + \sigma \sqrt{V_t}dW_t^{(1)}, \tag*{(2)} \end{align} donde $(W^{(1)},W^{(2)})$ es un movimiento browniano estándar bidimensional (bajo la medida de probabilidad $P$ ) y $\mu, \rho, \kappa, \theta$ y $\sigma$ son constantes. Suponemos que se cumple la condición de Feller, es decir $$2 \kappa \theta > \sigma^2,$$ que garantiza que $V_t >0.$

En el libro de Shreve, leí que la solución $(S_t,V_t)_{0 \leq t \leq T}$ a la SDE bidimensional anterior es un proceso de Markov, pero no lo demuestra. Ya he consultado un par de libros y sólo he encontrado una condición suficiente, que requiere que los coeficientes (funciones de deriva y difusión) satisfagan las condiciones de Lipschitz y de crecimiento lineal. Este no es el caso de esta EDE, así que no sé cómo proceder. ¿Alguna idea?

Editar: Veo en los comentarios que se pide la definición de un proceso de Markov. Cualquier definición está bien siempre que pueda obtener una prueba rigurosa. Por ejemplo:

La solución $(X_t,V_t)_{0 \leq t \leq T}$ de la SDE anterior es un proceso de Markov si para cualquier función acotada y medible de Borel $f:\mathbb{R}^2 \rightarrow \mathbb{R}$ y para todos $0 \leq s \leq t \leq \infty,$ tenemos $$E[f(X_t,V_t) | \mathscr{F}_s]=[E[f(X_t,V_t) |(X_s,V_s) ],$$ o también podríamos utilizar la función de probabilidad de transición del proceso de Markov.

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drN Puntos 571

No estoy proporcionando una prueba completa, sino una referencia para que puedas leer los detalles. El paso clave se menciona a continuación.

La mayoría de los modelos utilizados en finanzas son markovianos, lo que coincide con la hipótesis del mercado eficiente. El paso clave para ver que el proceso de Heston es markoviano es el siguiente teorema.

Dejemos que $f$ sea una función acotada de Borel de $\mathbb{R}^n$ a $\mathbb{R}$ . Entonces para $t,h>0$ , $$\mathbb{E}^x[f(X_{t+h})\mid\mathcal{F}_t^{(m)}](\omega)=\mathbb{E}^{X_t(\omega)}[f(X_h)],$$ donde $\mathcal{F}_t^{(m)}$ es el $\sigma$ -generada por $\{B_s;s\leq t\}$ .

La afirmación anterior procede de Øksendal (2003, Teorema 7.1.2), un gran recurso sobre las EDE. En su entorno, $X_t$ es la solución de una SDE. Shreve (2004, Teorema 6.3.1) cubre esencialmente el mismo teorema. Øksendal da una prueba, Shreve se limita a esbozarla pero destaca la intuición. Este último sigue con el corolario

Las soluciones de las ecuaciones diferenciales estocásticas son procesos de Markov de Markov.

Como ves, este corolario te ayuda a ver que muchísimos modelos en finanzas son efectivamente markovianos.

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Gracias por su respuesta. Como has dicho el teorema de Oksendal trata de la solución a la SDE. El problema es que la EDE de Heston no satisface las condiciones de existencia y unicidad porque la función $f(x)=\sqrt{x}$ no es Lipschitz. Así que no sabemos si existe una solución única que se ajuste al teorema de Oskendal. Tendría que demostrar que en primer lugar con el fin de utilizar el teorema de Oksendal.

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Una posible estrategia podría ser tratar la SDE bidimensional como dos SDE unidimensionales. A continuación, mostrar la existencia y unicidad para la varianza SDE. Después, resolver la SDE para la acción y demostrar que es única. Luego demuestre que esta solución es un proceso Ito bidimensional, como se requiere en el teorema de Oksendal, y use el teorema de Oksendal. Pero no estoy seguro...

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No, no funciona. En la definición 7.1.1 (difusión de Ito), exige que los coeficientes satisfagan las condiciones de Lipschitz (y de crecimiento lineal) como en el Teorema 5.2.1. Y como he dicho antes, los coeficientes de la EDS de Heston no satisfacen este requisito.

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steven Teal Puntos 81

En este documento (extremadamente técnico) de Duffie y otros se demuestra que un proceso de Markov es infinitamente descomponible si y sólo si es un proceso afín regular. Así que sus resultados establecen una correspondencia entre los procesos de Markov y los procesos regulares afines.

Vale, eso (el artículo) es demasiado técnico para mí, pero si miro la función característica del modelo de Heston (y otras difusiones afines (de salto)) veo que depende de $S_t$ y $V_t$ sólo, lo que me parece un proceso de Markov.

Aunque esto no sea una respuesta completa a su pregunta, creo que le indicará la dirección correcta si realmente quiere entrar en la maleza.

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Le echaré un vistazo. Gracias.

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@UBM De nada. Sin embargo, creo que observar que la función característica no depende de la historia, sino sólo del precio actual del spot y del proceso vol es suficiente, ya que dada la función característica se puede poner precio a las demandas generales (independientes de la trayectoria) que, por tanto, tampoco dependerán de la historia de los procesos.

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Valometrics.com Puntos 631

Un proceso estocástico con incrementos independientes es un proceso de Markov. la prueba está disponible en el siguiente documento: (Lemma 1.1)
http://statweb.stanford.edu/~adembo/math-136/Markov_note.pdf

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¿Podría explicárnoslo con más detalle? Preferimos que las respuestas sean autónomas. En este caso, la demostración del lema depende de la definición 6.1.10, pero para mí no es obvio dónde encontrar eso.

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¿Podría darme su definición de un proceso de Markov? Le mostraré cómo encontrar la definición 6.1.10

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@user1987 Gracias. ¿Cómo demostramos que la solución de la SDE de Heston tiene incrementos independientes?

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