Anomale Diffusion ist ein weitverbreiteter Transportmechanismus, welcher für gewöhnlich mit ensemble-basierten Methoden experimentell untersucht wird. Motiviert durch den Fortschritt in der Einzelteilchenverfolgung, wo typischerweise Zeitmittelwerte bestimmt werden, entsteht die Frage nach der Ergodizität. Stimmen ensemble-gemittelte Größen und zeitgemittelte Größen überein, und wenn nicht, wie unterscheiden sie sich? In dieser Arbeit studieren wir verschiedene stochastische Modelle für anomale Diffusion bezüglich ihres ergodischen oder nicht-ergodischen Verhaltens hinsichtlich der mittleren quadratischen Verschiebung. Wir beginnen unsere Untersuchung mit integrierter Brownscher Bewegung, welche von großer Bedeutung für alle Systeme mit Impulsdiffusion ist. Für diesen Prozess stellen wir die ensemble-gemittelte quadratische Verschiebung und die zeitgemittelte quadratische Verschiebung gegenüber und charakterisieren insbesondere die Zufälligkeit letzterer. Im zweiten Teil bilden wir integrierte Brownsche Bewegung auf andere Modelle ab, um einen tieferen Einblick in den Ursprung des nicht-ergodischen Verhaltens zu bekommen. Dabei werden wir auf einen verallgemeinerten Lévy-Lauf geführt. Dieser offenbart interessante Phänomene, welche in der Literatur noch nicht beobachtet worden sind. Schließlich führen wir eine neue Größe für die Analyse anomaler Diffusionsprozesse ein, die Verteilung der verallgemeinerten Diffusivitäten, welche über die mittlere quadratische Verschiebung hinausgeht, und analysieren mit dieser ein oft verwendetes Modell der anomalen Diffusion, den subdiffusiven zeitkontinuierlichen Zufallslauf. / Anomalous diffusion is a widespread transport mechanism, which is usually experimentally investigated by ensemble-based methods. Motivated by the progress in single-particle tracking, where time averages are typically determined, the question of ergodicity arises. Do ensemble-averaged quantities and time-averaged quantities coincide, and if not, in what way do they differ? In this thesis, we study different stochastic models for anomalous diffusion with respect to their ergodic or nonergodic behavior concerning the mean-squared displacement. We start our study with integrated Brownian motion, which is of high importance for all systems showing momentum diffusion. For this process, we contrast the ensemble-averaged squared displacement with the time-averaged squared displacement and, in particular, characterize the randomness of the latter. In the second part, we map integrated Brownian motion to other models in order to get a deeper insight into the origin of the nonergodic behavior. In doing so, we are led to a generalized Lévy walk. The latter reveals interesting phenomena, which have never been observed in the literature before. Finally, we introduce a new tool for analyzing anomalous diffusion processes, the distribution of generalized diffusivities, which goes beyond the mean-squared displacement, and we analyze with this tool an often used model of anomalous diffusion, the subdiffusive continuous time random walk.

In this thesis, we present a new existence result for Lévy-type processes. Lévy-type processes behave locally like a Lévy process, but the Lévy triplet may depend on the current position of the process. They can be characterized by their so-called symbol; this is the analogue of the characteristic exponent in the Lévy case. Using a parametrix construction, we prove the existence of Lévy-type processes with a given symbol under weak regularity assumptions on the regularity of the symbol. Applications range from existence results for stable-like processes and mixed processes to uniqueness results for Lévy-driven stochastic differential equations. Moreover, we discuss sufficient conditions for the existence of moments of Lévy-type processes and derive estimates for fractional moments.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La valorisation des options exotiques continues de façon "exacte" est très difficile (voire impossible) dans les modèles exponentiels de Lévy. En fait nous verrons que pour les options lookback et barrière digitale, et sous l'hypothèse que les sauts de l'actif sous-jacent sont tous négatifs, nous avons des formules semi-fermées. En général il faut recourir à des techniques qui permettent d'approcher les prix de ces dérivés, ce qui engendre des erreurs. Nous étudierons le comportement asymptotique de ces erreurs. Dans certains cas ces erreurs peuvent être corrigées de sorte à obtenir une convergence plus rapide vers la valeur "exacte" recherchée. Nous proposons aussi des méthodes permettant d'évaluer les prix des options exotiques par des techniques de Monte-Carlo / The exact valuation of continuous exotic options is very difficult (sometimes impossible) in exponential Lévy models. In fact, for lookback options and digital barrier, and assuming that the jumps of the underlying assets are all negative, we have semi-closed formulas. In general it is necessary to use numerical methods to approach the prices of these derivatives, which causes errors. We study the asymptotic behavior of these errors. In some cases these errors can be corrected so that to obtain a faster convergence to the fair value. We also propose some methods to evaluate the prices of exotic options by Monte Carlo techniques

Guan, Peiqiu. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2009. / Includes bibliographical references (p. 67-71). / Abstract also in Chinese. / Chapter 1 --- Introduction --- p.1 / Chapter 2 --- Literature Review --- p.6 / Chapter 2.1 --- Characteristic Function --- p.6 / Chapter 2.1.1 --- Definition --- p.6 / Chapter 2.1.2 --- Inverse Fourier Transform --- p.8 / Chapter 2.1.3 --- Fast Fourier Transform (FFT) --- p.9 / Chapter 2.2 --- Levy Processes --- p.13 / Chapter 2.2.1 --- Definition --- p.13 / Chapter 2.2.2 --- Levy-Khinchine Formula --- p.15 / Chapter 2.2.3 --- Levy Processes in Finance --- p.17 / Chapter 2.3 --- Exotic Options --- p.17 / Chapter 2.3.1 --- Barrier Options --- p.18 / Chapter 2.3.2 --- Lookback Options --- p.19 / Chapter 2.3.3 --- Asian Options --- p.20 / Chapter 3 --- FFT Network Model --- p.23 / Chapter 3.1 --- Weaknesses of Traditional Tree Approaches --- p.24 / Chapter 3.2 --- FFT Network Model --- p.30 / Chapter 3.3 --- Basic Transition Probability Matrix --- p.31 / Chapter 3.4 --- Basic FFT Network Pricing Algorithm --- p.35 / Chapter 3.4.1 --- Plain Vanilla Options --- p.35 / Chapter 4 --- FFT Network for Exotic Options --- p.38 / Chapter 4.1 --- Barrier Option Pricing --- p.38 / Chapter 4.2 --- Forward Shooting Grid --- p.41 / Chapter 4.3 --- FSG in FFT Network --- p.43 / Chapter 4.4 --- Lookback and Knock-in Options --- p.45 / Chapter 4.4.1 --- American Lookback Option Pricing Algorithm --- p.48 / Chapter 4.4.2 --- Knock-in American Option Pricing Algorithm --- p.50 / Chapter 4.5 --- Asian Option Pricing --- p.51 / Chapter 4.5.1 --- Asian Option Pricing Algorithm --- p.54 / Chapter 5 --- Numerical Implementation --- p.57 / Chapter 5.1 --- Numerical Scheme --- p.57 / Chapter 5.2 --- Numerical Result --- p.60 / Chapter 6 --- Conclusion --- p.65 / Bibliography --- p.67

Wong, Tat Wing. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2011. / Includes bibliographical references (p. 53-55). / Abstracts in English and Chinese. / Chapter 1 --- Introduction --- p.1 / Chapter 2 --- Problem Formulation --- p.5 / Chapter 2.1 --- Phase-type distribution --- p.5 / Chapter 2.1.1 --- A generalization of the exponential distribution --- p.5 / Chapter 2.1.2 --- Properties of the phase-type distribution --- p.6 / Chapter 2.2 --- Phase-type jump diffusion model --- p.8 / Chapter 2.2.1 --- Jump diffusion model --- p.8 / Chapter 2.2.2 --- The stock price model --- p.9 / Chapter 2.3 --- Stock Loans --- p.10 / Chapter 3 --- General Properties of Stock Loans --- p.12 / Chapter 3.1 --- Preliminary results --- p.12 / Chapter 3.2 --- Characterization of the function V(x) --- p.15 / Chapter 4 --- Valuation / Chapter 4.1 --- Hyperexponential jumps --- p.25 / Chapter 4.1.1 --- Solution of the linear system --- p.29 / Chapter 4.1.2 --- Solution of the optimal exercise boundary --- p.30 / Chapter 4.2 --- Phase-type jumps --- p.33 / Chapter 4.3 --- The case for G'(1)≥ 0 --- p.36 / Chapter 5 --- Future Research Direction --- p.38 / Chapter 5.1 --- The fast mean-reverting stochastic volatility model --- p.38 / Chapter 5.2 --- Asymptotic expansion of stock loan --- p.39 / Chapter 5.2.1 --- The zeroth order term --- p.41 / Chapter 5.2.2 --- The first order term --- p.43 / Chapter 6 --- Conclusion --- p.52 / Bibliography --- p.53

Lam, Ho Man. / "August 2010." / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2010. / Includes bibliographical references (leaves 42-43). / Abstracts in English and Chinese. / Chapter 1 --- Introduction --- p.1 / Chapter 2 --- Levy Process --- p.5 / Chapter 2.1 --- Merton's Jump-Diffusion model (1976) --- p.8 / Chapter 2.2 --- Estimation of Levy processes --- p.9 / Chapter 3 --- Transform Martingale Estimation --- p.11 / Chapter 3.1 --- Maximum Likelihood Estimation --- p.11 / Chapter 3.2 --- Transform Martingale Estimating Functions --- p.13 / Chapter 3.2.1 --- Transform Quasi-Score Function --- p.15 / Chapter 3.2.2 --- Composite Quasi-Score Function --- p.17 / Chapter 3.2.3 --- Implementation Issue --- p.18 / Chapter 3.2.4 --- Transform Martingale Estimation on Levy process --- p.21 / Chapter 4 --- Structural Models of Credit Risk --- p.22 / Chapter 4.1 --- Overview --- p.22 / Chapter 4.2 --- Merton's structural credit risk model (1974) --- p.23 / Chapter 4.3 --- Estimation Methodologies --- p.24 / Chapter 4.4 --- Martingale Estimation with KMV's Method --- p.26 / Chapter 5 --- Simulation Study --- p.28 / Chapter 5.1 --- Equity Estimation --- p.28 / Chapter 5.2 --- Estimation of Structural Models --- p.37 / Chapter 6 --- Conclusion --- p.41 / Bibliography --- p.42

Cheung, Kwan Hung Edwin. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2010. / Includes bibliographical references (leaves 39-40). / Abstracts in English and Chinese. / Chapter 1 --- Introduction --- p.1 / Chapter 2 --- The Levy Process --- p.4 / Chapter 2.1 --- Levy-Khintchine representation --- p.5 / Chapter 2.2 --- Variance Gamma process --- p.6 / Chapter 3 --- Minimum-Variance Static Hedge with Index futures --- p.8 / Chapter 3.1 --- Capital Asset Pricing Model with static hedge --- p.10 / Chapter 3.2 --- Continuous CAPM under Levy process --- p.11 / Chapter 4 --- Option pricing under Levy process --- p.15 / Chapter 4.1 --- Option pricing under the fast Fourier transform --- p.16 / Chapter 4.2 --- The modified fast Fourier transform on call option price --- p.19 / Chapter 5 --- Empirical Results --- p.23 / Chapter 5.1 --- Proposed model for empirical studies --- p.25 / Chapter 5.2 --- Calibration Procedure and Estimates of Betas --- p.26 / Chapter 5.3 --- Hedging performance of Betas --- p.32 / Chapter 6 --- Conclusion --- p.37 / Bibliography --- p.39

Se donnant un mécanisme de branchement critique ou sous-critique, on définit une procédure d'élagage de l'arbre aléatoire continu de Lévy associé. Cette procédure d'élagage est définie en plaçant des marques sur l'arbre grâce à des techniques de serpent de Lévy. On démontre alors que le sous-arbre obtenu après élagage est encore un arbre aléatoire continu de Lévy. Ce résultat est démontré en utilisant une propriété de Markov spéciale et un problème de martingale pour les processus d'exploration. On construit ensuite, par couplage, une autre procédure d'élagage qui définit un processus de fragmentation sur l'arbre. On calcule la famille de mesures de dislocation associée à cette fragmentation. Dans un deuxième travail, on considère une diffusion aléatoire dans un milieu Lévy stable. On montre que le processus des temps locaux renormalisé et recentré au minimum de la vallée standard de hauteur log t, converge en loi vers une fonctionnelle de deux processus de Lévy conditionnés à rester positifs indépendants. Pour démontrer ce résultat, on montre que la loi de la vallée standard est proche de celle de deux processus de Lévy conditionnés à rester positifs concaténés en 0. On obtient également la loi limite du supremum du temps local renormalisé.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à trois développements des arbres de ramification("splitting trees") introduits par Geiger & Kersting (1997), et aux processus de branchement de Crump-Mode-Jagers (CMJ) qui y sont associés. Ces arbres aléatoires modélisent une population où tous les individus ont des durées de vie indépendantes et identiquement distribuées et qui donnent naissance à taux constant b durant leurs vies à des copies d'eux-mêmes. Le processus comptant le nombre d'individus vivants au cours du temps est un processus CMJ binaire et homogène qui peut être vu comme une généralisation du processus de vie et de mort markovien dans lequel les durées de vie sont exponentielles. Dans un premier chapitre, nous considérons un modèle île-continent, généralisant celui de Karlin et McGregor, et dans lequel des individus portant des types immigrent à taux T vers une île et y fondent des familles qui évoluent indépendamment et suivant le mécanisme décrit précédemment. Différentes hypothèses sont faites sur la façon dont les types sont choisis (soit chaque nouvel immigrant est d'un type différent des précédents, soit il est de type i avec une proba pi, etc.) et nous déterminons les proportions asymptotiques de chacun des types dans la population totale. Dans le cas "nouvel immigrant=nouveau type", la limite suit une distribution GEM de paramètre T/b et nous remarquons qu'elle ne dépend que de ce rapport et pas de loi de la durée de vie des individus. Dans un second temps, nous étudions un autre modèle de population dans des mutations pouvant se produire à la naissance des individus avec une certaine probabilité. Nous considérons un modèle dit à une infinité d'allèles, c'est-à-dire que chaque mutant est d'un type (ou allèle) jamais rencontré auparavant, et neutre car quels que soient leurs types, les individus évoluent tous de la même manière. Nous étudions la partition allélique de la population en considérant son spectre de fréquence qui décrit le nombre de types d'âge donné et portés par un nombre donné d'individus. Nous obtenons des résultats concernant son comportement asymptotique en utilisant les caractéristiques aléatoires de Jagers & Nerman. Nous donnons également la convergence en loi des abondances des plus grandes familles et des âges des plus vieilles familles. Dans le dernier chapitre, nous nous intéressons à des processus de Lévy spectralement positifs (ou sans sauts négatifs), ne dérivant pas vers l'infini et que l'on conditionne à rester positifs en un nouveau sens. Pour cela, un processus X partant de x > 0 est conditionné à atteindre des hauteurs arbitrairement grandes avant de toucher 0 où le terme hauteur est à comprendre au sens du processus des hauteurs de Duquesne & Le Gall (2002). La loi du processus conditionné est définie à l'aide d'une h-transformée via une martingale. Lorsque X est à variation finie, l'argument principal est que X peut être vu comme le processus de contour d'un arbre de ramification et ainsi conditionner le processus de Lévy revient à conditionner l'arbre à atteindre des générations arbitrairement grandes. Lorsque X est à variation infinie, le processus des hauteurs est défini à l'aide de temps locaux et la martingale est construite à partir du processus d'exploration de Duquesne et Le Gall, qui est un processus de Markov à valeurs mesures.