THE NUMERICAL SOLUTION OF NONLINEAR STOCHASTIC DYNAMICAL SYSTEMS: A BRIEF INTRODUCTION

1991 ◽  
Vol 01 (02) ◽  
pp. 277-286 ◽  
Author(s):  
P. E. KLOEDEN ◽  
E. PLATEN ◽  
H. SCHURZ
Keyword(s):  
Numerical Analysis ◽  
Dynamical Systems ◽  
Differential Equations ◽  
Numerical Solution ◽  
Stochastic Differential Equations ◽  
Taylor Expansion ◽  
Rapid Development ◽  
Stochastic Calculus ◽  
Stochastic Dynamical Systems ◽  
The Subject

The numerical analysis of stochastic differential equations, currently undergoing rapid development, differs significantly from its deterministic counterpart due to the peculiarities of stochastic calculus. This article presents a brief, pedagogical introduction to the subject from the perspective of stochastic dynamical systems. The key tool is the stochastic Taylor expansion. Strong, pathwise approximations are distinguished from weak, functional approximations, and their role in stability with Lyapunov exponents and stiffness is discussed.

4. Do you know the way to solve equations? Spinning tops and chaotic rabbits

2018 ◽  
pp. 48-69
Author(s):  
Alain Goriely
Keyword(s):  
Numerical Analysis ◽  
Dynamical Systems ◽  
Differential Equations ◽  
Numerical Solution ◽  
Applied Mathematics ◽  
Scientific Models ◽  
Henri Poincaré ◽  
Principal Tool ◽  
The Difference ◽  
The Way

In applied mathematics it is of the greatest importance to solve equations. These solutions provide information on key quantities and allow us to give specific answers to scientific problems. ‘Do you know the way to solve equations? Spinning tops and chaotic rabbits’ describes the ways to solve equations and differential equations, outlining the key work of mathematicians Sofia Kovalevskaya, Pierre-Simon Laplace, Paul Painlevé, and Henri Poincaré, whose discovery led to the birth of the theory of chaos and dynamical systems. The difference between an exact and a numerical solution is also explained. Numerical analysis has become the principal tool for querying and solving scientific models.

Governing equations for probability densities of Marcus stochastic differential equations with Lévy noise

2016 ◽  
Vol 17 (05) ◽  
pp. 1750033 ◽  
Author(s):  
Xu Sun ◽  
Xiaofan Li ◽  
Yayun Zheng
Keyword(s):  
Differential Equations ◽  
Stochastic Differential Equations ◽  
Probability Density ◽  
Lévy Processes ◽  
Planck Equation ◽  
Levy Processes ◽  
Stochastic Dynamical Systems ◽  
Non Gaussian ◽  
Fokker Planck Equations ◽  
Fokker Planck

Marcus stochastic differential equations (SDEs) often are appropriate models for stochastic dynamical systems driven by non-Gaussian Lévy processes and have wide applications in engineering and physical sciences. The probability density of the solution to an SDE offers complete statistical information on the underlying stochastic process. Explicit formula for the Fokker–Planck equation, the governing equation for the probability density, is well-known when the SDE is driven by a Brownian motion. In this paper, we address the open question of finding the Fokker–Planck equations for Marcus SDEs in arbitrary dimensions driven by non-Gaussian Lévy processes. The equations are given in a simple form that facilitates theoretical analysis and numerical computation. Several examples are presented to illustrate how the theoretical results can be applied to obtain Fokker–Planck equations for Marcus SDEs driven by Lévy processes.

scholarly journals Numerical analysis of stochastic differential equations with applications in financial mathematics and molecular dynamics

2016 ◽  
Author(s):  
Ιωάννης Σταματίου
Keyword(s):  
Molecular Dynamics ◽  
Numerical Analysis ◽  
Differential Equations ◽  
Stochastic Differential Equations ◽  
Coarse Graining ◽  
Financial Mathematics

Σε αυτή τη διατριβή αντικείμενο έρευνας είναι η αριθμητική επίλυση στοχαστι- κών διαφορικών εξισώσεων (ΣΔΕ), οι οποίες έχουν λύση σε ένα συγκεκριμένο χωρίο. Ο στόχος μας ειναι η κατασκευή άμεσων αριθμητικών σχημάτων τα οποία διατηρούν αυτό το χωρίο, κυρίως σε περιπτώσεις όπου οι συντελεστές των ΣΔΕ είναι μη-γραμμικοί. Είναι γνωστό ότι το με βήμα προς τα εμπρός σχήμα Euler αποκλίνει σε υπερ- γραμμικά προβλήματα και η ελεγχόμενη μέθοδος Euler δε διατηρεί απαραίτητα τη δομή του αρχικού προβλήματος. Προτείνουμε ένα νέο αριθμητικό σχήμα, χρησιμοποιώντας την Ημι-Διακριτή μέθοδο, για διάφορες κλάσεις στοχαστικών διαφορικών εξισώσεων. Για κάποια υπεργραμμικά προβλήματα (όπως το Heston 3/2-μοντέλο) καθώς και για υπο- γραμμικά (όπως το CEV μοντέλο), τα οποία εμφανίζονται στο πεδίο των χρημα- τοοικονομικών μαθηματικών, κατασκευάζουμε ένα αριθμητικό σχήμα το οποίο διατηρεί τη θετικότητα. Παραπέρα, εφαρμόζουμε τη μέθοδο μας σε προβλήματα τα οποία εμφανίζονται στο πεδίο των μοριακών δυναμικών, όπου το προτει- νόμενο σχήμα το οποίο διατηρεί τη δομή της αρχικής εξίσωσης προσεγγίζει αποτελεσματικά κάποιες ΣΔΕ οι οποίες προκύπτουν έπειτα από μια διαδικασία απλοποίησης (coarse graining ). Θεωρούμε επίσης την περίπτωση Στοχαστικών Διαφορικών Εξισώσεων με Υστέρηση με μη-αρνητικές λύσεις. Ξανά στόχος μας είναι άμεσα αριθμητικά σχήματα τα οποία διατηρούν τη θετικότητα. Επεκτείνουμε την Ημι-Διακριτή μέθοδο από το πλαίσιο των Συνήθων ΣΔΕ στην περίπτωση με σταθερή υστέρηση, όπου και αποδεικνύουμε ισχυρή σύγκλιση (μοντέλο DGBM). Αριθμητικά πειράματα υποστηρίζουν τα θεωρητικά μας αποτελέσματα.

Self-Excited Oscillations in Dynamical Systems Possessing Retarded Actions

1942 ◽  
Vol 9 (2) ◽  
pp. A65-A71 ◽  
Author(s):  
Nicholas Minorsky
Keyword(s):  
Differential Equation ◽  
Dynamical Systems ◽  
Differential Equations ◽  
Linear Equation ◽  
Finite Order ◽  
Characteristic Equation ◽  
High Derivative ◽  
Time Lags ◽  
Constant Coefficients ◽  
The Subject

Abstract There exists a variety of dynamical systems, possessing retarded actions, which are not entirely describable in terms of differential equations of a finite order. The differential equations of such systems are sometimes designated as hysterodifferential equations. An important particular case of such equations, encountered in practice, is when the original differential equation for unretarded quantities is a linear equation with constant coefficients and the time lags are constant. The characteristic equation, corresponding to the hysterodifferential equation for retarded quantities in such a case, has a series of subsequent high-derivative terms which generally converge. It is possible to develop a simple graphical interpretation for this equation. Such systems with retarded actions are capable of self-excitation. Self-excited oscillations of this character are generally undesirable in practice and it is to this phase of the subject that the present paper is devoted.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document