FBM是布朗运动的拓广,同时,它又是理想的不规则扩散和分形随机行走的基础。要更好地理解FBM的原理与方法,首先需要对布朗运动作简要介绍。布朗运动是1827年英国植物学家R.Brown发现的,它是一种随机运动,粒子的运动方向随时改变,其运动轨迹是一条无规则的折线,不受什么约束和支配。
1923年,德国数学家N.Wiener建立了布朗运动的数学模型,后来人们的研究大都是基于维纳的这一模型。实际上,布朗粒子的轨迹由大量无规则可循的折线组成,是一种处处连续但处处不可微的曲线,是一种无规分形曲线,它也具有自相似性,但这种自相似性具有统计的性质。
在此基础上,进一步说明什么是分形布朗运动。对于水平标度因子为2,垂直标度因子在I-2之间选取,如果布朗轨迹曲线表现出具有标度不变的特性,即水平方向放大倍数为2,垂直方向放大倍数在1-2之间,而放大后的曲线的振幅与原曲线相当,则此曲线为分形布朗运动曲线。标度指数称为Hurst指数H,用以表征分形布朗运动的标度特性(标度因子=2H)。
给定H指数为(0<H<1)的分形布朗运动的定义如下:
在某一概率空间的随机过程B(t),若满足以下条件:
1.BH(t)连续,且P{BH(0)=0}=1;
2.对于任意t≥0,△t>0,△BH(t)服从均值为0、方差为[△t]H的高斯分布;
3.BH(t)增量具有相关性,即H≠0.5。
则称为分形布朗运动(FBM)。(H=0.5时为通常的布朗运动)