Intitulé de la matière : Processus Stochastiques

Intitulé de l’UE : UEF11

Crédits : 5

Coefficients : 3

Objectifs de l’enseignement

Introduction d’une classe de processus aléatoire avancé, utile à la modélisation stochastique et statistique en finance

Connaissances préalables recommandée:

  • Probabilités
  • Analyse

Contenu de la matière : 

Chapitre 01. Introduction

Définition d'un processus stochastique – Théorème d’existence de Kolmogorov – Formule de Wald – Espérance conditionnelle – Fonction génératrice.

Chapitre 02. Chaînes de Markov à temps discret

 -  Caractérisation des états récurrents et transitoire

 – Chaîne de Markov réversible

 – Théorèmes ergodiques.

Chapitre 03. Chaînes de Markov à temps continu

Théorèmes ergodiques – Processus de naissance et de mort.

Chapitre 04. Processus de Poisson

Processus de Poisson homogène – Processus de Poisson composé – Mélange de Processus de Poisson

Chapitre 05. Martingales

Définition -Théorème d’arrêt- Décomposition de Doob- Processus de branchement

 

Mode d’évaluation Contrôle continu-Examen………………………

Références

  • M. Lefebvre: Processus Stochastiques Appliqués. Presses Internationales Polytechnique, 2005.
  • L. Allen : An Introduction to Stochastic Processes with Applications to Biology. 2nd Edition, CRC Press, 2011.
  • D. Foata et A. Fuchs : Processus Stochastiques. Dunod, 2004.
  • M. A. Pinsky et S. Karlin : An Introduction to Stochastic Modeling. 4th ed. Academic Press, 2011


Les processus stochastiques sont des modèles mathématiques utilisés pour décrire et étudier l'évolution aléatoire de systèmes au fil du temps. Ils sont largement utilisés dans de nombreux domaines, notamment les finances, l'économie, la physique, la biologie, l'ingénierie, et bien d'autres.

En termes simples, un processus stochastique est une collection de variables aléatoires indexées par le temps (ou par un autre paramètre). Chaque variable aléatoire représente l'état du système à un moment donné, et ces états évoluent selon des règles probabilistes qui dépendent souvent des états précédents.

Les chaînes de Markov sont utilisées dans divers domaines tels que l'économie, la modélisation des files d'attente, la biologie pour modéliser les processus évolutifs, la reconnaissance de motifs dans les signaux, etc.

Voici quelques exemples d'applications des processus stochastiques :

  1. Finance et Économie : Les modèles de prix d'actifs financiers comme le mouvement Brownien géométrique (GBM) sont des processus stochastiques largement utilisés pour modéliser les fluctuations des prix des actifs.
  2. Télécommunications : Les processus stochastiques sont utilisés pour modéliser le trafic dans les réseaux de communication, aidant à concevoir des systèmes de transmission de données plus efficaces.
  3. Biologie : En biologie, ces processus sont utilisés pour modéliser l'évolution des populations, la diffusion des molécules dans les cellules, ou encore les mutations génétiques aléatoires.
  4. Ingénierie : En ingénierie, les processus stochastiques peuvent être utilisés pour modéliser la dégradation des matériaux, la fiabilité des systèmes, ou encore pour prédire les pannes.
  5. Météorologie et Climatologie : Les modèles climatiques utilisent des processus stochastiques pour simuler les variations météorologiques sur de longues périodes.
  6. Traitement du Signal : En traitement du signal, les processus stochastiques sont utilisés pour modéliser le bruit, les signaux aléatoires et les processus de filtrage.
  7. L'application typique d'une chaîne de Markov est par exemple la modélisation du temps passé dans différents états, comme les transitions entre les états météorologiques (ensoleillé, nuageux, pluvieux) ou les états du marché financier (hausse, baisse, stagnation) où la probabilité de passer d'un état à un autre dépend uniquement de l'état actuel et non de l'historique complet des états précédents.

En général, les processus stochastiques fournissent un cadre mathématique puissant pour modéliser et comprendre les phénomènes aléatoires qui évoluent dans le temps, ce qui permet de prendre des décisions plus éclairées dans de nombreux domaines.