We consider the computation of free energy-like quantities for diffusions in high dimension, when resorting to Monte Carlo simulation is necessary. Such stochastic computations typically suffer from high variance, in particular in a low noise regime, because the expectation is dominated by rare trajectories for which the observable reaches large values. Although importance sampling, or tilting of trajectories, is now a standard technique for reducing the variance of such estimators, quantitative criteria for proving that a given control reduces variance are scarce, and often do not apply to practical situations. The goal of this work is to provide a quantitative criterion for assessing whether a given bias reduces variance, and at which order. We rely for this on a recently introduced notion of stochastic solution for Hamilton-Jacobi-Bellman equations. Based on this tool, we introduce the notion of k-stochastic viscosity approximation of a HJB equation. We next prove that such approximate solutions are associated with estimators having a relative variance of order k-1 at log-scale. Finally, in order to show that our definition is relevant, we provide examples of stochastic viscosity approximations of order one and two, with a numerical illustration confirming our theoretical findings.


翻译:我们认为,在使用蒙特卡洛模拟时,必须计算高维扩散的免费能源类数量。这种随机计算通常差异很大,特别是在低噪声系统中,因为人们的期望主要在于罕见的轨迹,观测到的轨迹值很大。虽然取样或轨迹倾斜很重要,但现在是一种减少这种估计器差异的标准方法,证明特定控制减少差异的定量标准很少,而且往往不适用于实际情况。这项工作的目的是提供一个定量标准,用以评估特定偏差是否减少差异,在低噪声制度中尤其如此。我们依靠的是最近引入的关于汉密尔顿-贾科比-贝尔曼等式的随机溶液概念。基于这一工具,我们引入了K-偏差粘度近似近似度的概念。我们接下来证明,这种近似的解决办法与测序K-1的相对差异有关,而且往往不适用于实际情况。最后,为了表明我们的定义具有相关性,我们提供了两个关于汉密尔顿-贾科比-贝尔曼等式等式的理论性解决办法的例子。我们用一个理论性模型来证实我们的一个数值的精确性结论。

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