Кіріспе
қаржылық құралдардың техникалық талдауында қолданылуы Кездейсоқ анықталатын процесс Стохастикалық (/s//t//ə/'/k//æ//s//t//ɪ//k/; ) Стохастикалық және кездейсоқтық ұғымдары әртүрлі болғанымен, біріншісі модельдеу тәсілін, екіншісі – құбылыстың өзін көрсетеді, бұл екі термин көбінесе синоним ретінде қолданылады. Сонымен қатар, ықтималдықтар теориясында стохастикалық процесс ресми түсінігі кездейсоқ процесс деп те аталады. Стохастикалық биология, химия, экология, нейроғылымдар және физика сияқты табиғат ғылымдарының, сондай-ақ технология және инженерия салаларының, мысалы, кескін өңдеу, сигнал өңдеу, ақпарат теориясы, компьютер ғылымы, криптография және телекоммуникациялар сияқты көптеген салаларда қолданылады. Бұған қоса, қаржы нарықтарындағы көрінетін кездейсоқ өзгерістерге байланысты қаржы саласында, медицинада, тіл білімінде, музыкада, медиада, түс теориясында, ботаникада, өндірісте және геоморфологияда да қолданылады.
Randomly determined process
Stochastic (/s//t//ə/'/k//æ//s//t//ɪ//k/; ) Although stochasticity and randomness are distinct in that the former refers to a modeling approach and the latter refers to phenomena themselves, these two terms are often used synonymously. Furthermore, in probability theory, the formal concept of a stochastic process is also referred to as a random process. Stochasticity is used in many different fields, including the natural sciences such as biology, chemistry, ecology, neuroscience, and physics, as well as technology and engineering fields such as image processing, signal processing, information theory, computer science, cryptography, and telecommunications. It is also used in finance, due to seemingly random changes in financial markets as well as in medicine, linguistics, music, media, colour theory, botany, manufacturing, and geomorphology.
Этимология
Ағылшын тіліндегі "стохастикалық" сөзі бастапқыда "болжам жасауға қатысты" деген анықтамамен сипаттау ретінде қолданылған. Ол грек сөзінен шыққан, мағынасы – "мақсатқа бағыттау, уағдайлау". Оксфорд ағылшын сөздігінде бұл сөздің ең алғашқы пайда болуы 1662 жылға жатқызылған. Бұл тіркес 1917 жылы Л. Борткевич Бернуллиге сілтеме жасай отырып, неміс тілінде "Stochastik" сөзін кездейсоқ мағынада қолданғанда пайда болды. "Стохастикалық процесс" термині алғаш рет 1934 жылы Джозеф Дубтың зерттемесінде ағылшын тілінде кездесті, бірақ неміс терминін 1931 жылы Андрей Колмогоров ертерек қолданған.
Математика
1930 жылдардың басында Александр Хинчин нақты сандар осімен индекстелген кездейсоқ шамалар жиынтығы ретінде стохастикалық процесске алғашқы математикалық анықтама берді. Ықтималдықтар теориясы және стохастикалық процестер саласындағы одан әрі маңызды жұмыстарды Хинчиннің өзінен бөлек, Андрей Колмогоров, Джозеф Дуб, Уильям Феллер, Морис Фреше, Пол Леви, Вольфганг Дойблин және Харальд Крамер сияқты математиктер де жүргізді. Он жылдар өткен соң Крамер 1930 жылдарды "математикалық ықтималдықтар теориясының қаһармандық дәуірі" деп атады. Бұл теория мен қолданбалы салалардағы зерттеулердің белсенді тақырыбы болып табылады. "Стохастикалық" сөзі математикадағы басқа да терминдер мен ұғымдарды сипаттау үшін қолданылады. Мысалдардың ішінде Марков процесі деп аталатын стохастикалық процесті сипаттайтын стохастикалық матрица және стохастикалық есептеу бар, ол Винер процесі сияқты стохастикалық процестерге негізделген дифференциалдық теңдеулер мен интегралдарды қамтиды, сондай-ақ Браун қозғалысы процесі деп те аталады.
Табиғи ғылымдар
Ең қарапайым үздіксіз уақыттық стохастикалық процестердің бірі – Браун қозғалысы. Бұл құбылысты ботаник Роберт Браун алғаш рет судағы гүл тозаңдарына микроскоп арқылы қарағанда байқаған.
Физика
Монте-Карло әдісі – физика зерттеушілері Станислав Улам, Энрико Ферми, Джон фон Нейман және Николас Метрополис танымал еткен стохастикалық әдіс. Кездейсоқтық пен процестің қайталанатын сипаты казинодағы іс-әрекеттерге ұқсас келеді. Симуляция және статистикалық үлгі алу әдістері көбінесе керісінше жұмыс істеді: бұрынғыдан түсінілген детерминистік мәселені тексеру үшін симуляция қолданылды. Тарихи түрде "кері" тәсілдің мысалдары болғанымен, Монте-Карло әдісінің танымалдылығы арта бергенше, олар жалпы әдіс ретінде қарастырылмады. Бұл әдістің ең алғашқы және танымал қолданылуының бірі 1930 жылы Энрико Ферми жасаған тәжірибе болды, ол жаңадан ашылған нейтронның қасиеттерін есептеу үшін кездейсоқ әдіс қолданды. Монте-Карло әдістері Манхэттен жобасы үшін қажетті симуляциялардың маңызды бөлігі болды, бірақ сол кездегі есептеу құралдарының мүмкіндіктерімен шектелген. Сондықтан Монте-Карло әдістері электронды компьютерлер құрылысынан кейін ғана (1945 жылдан бастап) жан-жақты зерттелді. 1950 жылдары Лос-Аламоста сутек бомбасын әзірлеуге байланысты алғашқы жұмыстарда қолданылды және физика, физикалық химия және операциялық зерттеулер салаларында кеңінен танымал болды. RAND корпорациясы мен АҚШ Әуе күштері осы кезеңде Монте-Карло әдістерін қаржыландыруға және оның ақпаратын таратуға жауапты болған екі ірі ұйым еді, олардың арқасында бұл әдіс көптеген салаларда қолданыс тапты. Монте-Карло әдістерін қолдану үшін көп мөлшерде кездейсоқ сандар қажет, және осының нәтижесінде псевдокездейсоқ сандар генераторлары дамытылды, олар статистикалық үлгі алу үшін бұрын қолданылған кездейсоқ сандар тізімінен әлдеқайда жылдам жұмыс істеді.
Биология
Стохастикалық резонанс: Биологиялық жүйелерде стохастикалық "шудың" енгізілуі тепе-теңдік және басқа вестибулярлық байланыстар үшін ішкі кері байланыс тізбектерінің сигнал күшін арттыруға көмектесетіні анықталды. Бұл диабет және инсульт ауруларымен ауыратын науқастарға тепе-теңдікті қалыпқа келтіруге көмектеседі. Көптеген биохимиялық процестер де стохастикалық талдауға ыңғайлы. Мысалы, гендік экспрессия молекулалық соқтығысулар арқылы, яғни РНК полимеразаның гендік промоторға байланысуы мен ажыратылуы сияқты, ерітіндінің Браун қозғалысы арқылы стохастикалық компонентке ие.
Шығармашылық
Симонтон (2003, Психологиялық бюллетень) ғылымдағы шығармашылықтың (ғылымның шеберлерінің) шектеулі стохастикалық мінез-құлық екенін, сондықтан барлық ғылымдардағы жаңа теориялар, кем дегенде, бір бөлігі стохастикалық процестің нәтижесі болып табылатынын айтады.
Компьютерлік ғылым
Стохастикалық сәулелік іздену – Монте-Карло симуляциясының компьютерлік графикадағы сәулелік іздену алгоритміне қолданылуы. "Таралған сәулелік іздену интегралдың мәнін көптеген кездейсоқ таңдалған нүктелерде өлшеп, нәтижелерді орташалап, жақсырақ жуықтау алады. Бұл, негізінен, Монте-Карло әдісін 3D компьютерлік графикаға қолдану болып табылады және осы себепті стохастикалық сәулелік іздену деп те аталады". Стохастикалық криминалистика компьютерлік қылмыстарды компьютерлерді стохастикалық қадамдар ретінде қарастыру арқылы талдайды. Жасанды интеллектте стохастикалық бағдарламалар проблемаларды шешу үшін ықтималдық әдістерді пайдаланады, мысалы, симуляцияланған қайнату, стохастикалық нейрондық желілер, стохастикалық оптимизация, генетикалық алгоритмдер және генетикалық бағдарламалау. Проблеманың өзі де стохастикалық болуы мүмкін, мысалы, белгісіздік аясында жоспарлау сияқты.
Қаржылық
Қаржы нарықтары түрлі қаржы активтерінің көрінетін кездейсоқ мінез-құлқын бейнелеу үшін стохастикалық модельдерді қолданады, оның ішінде бір валюта бағасының екінші валютаға қатысты кездейсоқ өзгеруін (мысалы, АҚШ долларының бағасының евроға қатысты өзгеруін) және пайыздық ставкалардың кездейсоқ мінез-құлқын да қамтиды. Бұл модельдер сандық талдаушыларға акциялар, облигациялар және пайыздық ставкаларға опцияларды бағалауға мүмкіндік береді, Марков модельдеріне жүгінуге болады. Бұған қоса, бұл сақтандыру саласының маңызды құралы болып табылады.
Геоморфология
Өзен иірімдерінің қалыптасуы стохастикалық процесс ретінде талданды.
Тіл және лингвистика
Тіл зерттеудегі детерминисттік емес тәсілдер көбінесе Фердинанд де Соссюрдың еңбектерінен, мысалы, функционалдық тіл білімі теориясынан шабыт алады, ол құзыреттілік өнімділік негізінде қалыптасады деп санайды. Грамматиканың функционалдық теорияларындағы бұл ерекшелік langue және parole арасындағы айырмашылықтан мұқият ажыратылуы керек. Тіл білімі тілмен тәжірибе арқылы құрылатын болса, грамматиканың тұрақты және абсолютті емес, ықтималдық және өзгермелі екені айтылады. Грамматиканың ықтималдық және өзгермелі болуы, адамның тілмен алған тәжірибесіне байланысты құзыреттілігінің өзгеруінен туындайды. Бұл ұғымға қарсылық білдірілгенімен, ол қазіргі заманғы статистикалық табиғи тілді өңдеу және тілді үйрену мен өзгеріс теорияларының негізін құрайды.
Өңдеу
Өндірістік процестер стохастикалық процестер деп есептеледі. Бұл болжам үздіксіз немесе партиялық өндіріс процестері үшін көбінесе дұрыс. Процестің сынағы мен бақылау нәтижелері, процесс бақылау кестесі арқылы уақыт бойынша белгілі бір процесс бақылау параметрін көрсете отырып тіркеледі. Әдетте, бір уақытта оннан астам параметрлер қадағаланады. Статистикалық модельдер процесс жоспарланған жұмыс диапазонына оралуы үшін түзету шараларын қабылдау қажеттігін анықтайтын шекті сызықтарды анықтау үшін қолданылады. Осы тәсіл қызмет көрсету саласында да қолданылады, онда параметрлер қызмет деңгейі туралы келісімдерге байланысты процестермен алмастырылады.
Медиа
Маркетинг, аудиторияның талғамдары мен қалауларының өзгеруі, сондай-ақ белгілі бір фильмдер мен телешоулардың бастапқы көрсетілімдеріне (яғни, олардың премьералық демалыс күндері, көрермендер арасындағы ауызша таралуы, сауалнамаға қатысқан топтардың білу деңгейі, актерлердің танылуы және әлеуметтік желілер мен жарнаманың басқа да элементтері) қызығушылық тудыруы және оларға ғылыми негіз беру ішінара стохастикалық модельдеу арқылы анықталады. Жапон ғалымдары жақында қайта оралуды талдауға тырысты, бұл Geneva Media Holdings патенттеген Cinematic Contagion Systems жүйесінің бір бөлігі болып табылады. Мұндай модельдеу бастапқы Нильсен рейтингтерінен бері қазіргі студиялық және теледидарлық сынақ аудиторияларынан деректер жинауда қолданылып келеді.
Медицина
Стохастикалық әсер, немесе "кездейсоқ әсер" – сәулеленудің әсерлерінің бір жіктелуі болып табылады, ол зақымның кездейсоқ, статистикалық сипатын көрсетеді. Детерминистік әсерден өзгеше, зақымның ауырлығы дозаға байланысты емес. Тек әсер ету ықтималдығы ғана дозаның артуымен бірге өседі.
Музыка
Музыкада ықтималдыққа негізделген математикалық процестер стохастикалық элементтерді тудырады. Стохастикалық процестер музыкада белгілі бір шығарманы құру үшін немесе орындау барысында пайдаланылуы мүмкін. Стохастикалық музыканың алғашқы қадамдарын Яннис Ксенакис жасады және осы терминнің авторы да ол. Музыкалық композицияға қолданылатын математика, статистика және физиканың нақты мысалдары: Питопрактадағы газдардың статистикалық механикасын пайдалану, Диаморфоздағы жазықтықтағы нүктелердің статистикалық таралуы, Ахорипсистегі ең төменгі шектеулер, ST/10 және Атрейдегі қалыпты үлестірім, Аналогикидегі Марков тізбектері, Дуэль мен Стратегидегі ойын теориясы, Номос Альфадағы топтар теориясы (Зигфрид Палм үшін), Герма мен Эонтадағы жиынтықтар теориясы және Н'Шимадағы Браун қозғалысы. Ксенакис партитураларын жасау үшін жиі компьютерлерді қолданды, мысалы ST сериясы, оның ішінде Morsima Amorsima және Atrées, сондай-ақ CEMAMu-ны құрды. Одан бұрын Джон Кейдж және басқалар кездейсоқ немесе белгісіз музыка жазды, ол кездейсоқ процестер арқылы жасалған, бірақ қатаң математикалық негізі болмады (мысалы, Кейдждің «Өзгерістер музыкасы» И Цзинге негізделген кестелер жүйесін пайдаланады). Лежарен Хиллер мен Леонард Исаксон 1957 жылы Illiac Suite-те генеративтік грамматика мен Марков тізбектерін қолданды. Қазіргі заманғы электрондық музыканы өндіру әдістері осы процестерді іске асыруды салыстырмалы түрде жеңілдетеді, ал синтезаторлар мен барабан автоматтары сияқты көптеген аппараттық құрылғылар кездейсоқтық мүмкіндіктерін қамтиды. Сондықтан композиторлар, орындаушылар және продюсерлер генеративтік музыка әдістеріне оңай қол жеткізе алады.
Түстерді субтрактивті көбейту
Түсті репродукция жасағанда, сурет әр түске сүзгіленген бірнеше фотосурет түсіру арқылы құрамдас түстерге бөлінеді. Нәтижедегі пленка немесе пластинка циан, маджента, сары және қара деректердің әрқайсысын көрсетеді. Түсті басып шығару – екілік жүйе, онда бояу бар немесе жоқ болады, сондықтан басып шығарылатын барлық түс бөлігі жұмыс ағынының белгілі бір кезеңінде нүктелерге айналдырылуы тиіс. Амплитудалық модуляцияланған дәстүрлі сызықты экрандарда моир пайда болатын, бірақ стохастикалық экран қолжетімді болғанға дейін қолданылып келді. Стохастикалық (немесе жиілік модуляцияланған) нүктелік үлгі өткір кескінді жасайды.