¿Cuáles son algunas de las principales aplicaciones del cálculo estocástico?

Hay tantas respuestas a esta pregunta que ni siquiera estoy seguro de cómo comenzar.

El cálculo estocástico comenzó a principios del siglo XX, con el estudio del movimiento browniano por Einstein (sí, él de nuevo), Wiener, Langevin y muchos otros … Se desarrollaron muchas herramientas matemáticas para este propósito, y ahora se utilizan para estudiar cualquier sistemas donde tiene mucho ruido, específicamente en sistemas complejos con numerosos agentes que interactúan. Esta definición es aplicable en muchos campos científicos: física, química, biología …

Una de las aplicaciones más grandes que conozco del cálculo estocástico está relacionada con los métodos de tipo Monte Carlo. Especialmente Markov Chain Monte Carlo (MCMC). No intentaré hacer una lista de todos los campos donde se usa. Pero podemos decir con certeza que cada vez que no sepa cómo resolver un conjunto de ecuaciones, naturalmente puede recurrir a MCMC.

Las ramificaciones son tan complejas que no siento el coraje de comenzar a enumerar todo aquí. Si está realmente interesado, aquí hay algunas palabras clave que puede buscar:

movimiento browniano
Proceso Wiener
Proceso de Markov / cadena
Cadena Markov Monte Carlo
Algoritmo de Hastings Metropolis
Ecuación de Langevin
Ecuación maestra
Ecuación de Fokker-Planck
Ecuación de Chapman-Kolmogorov
Teoría de colas

Fue desarrollado originalmente para aplicaciones de física e ingeniería. El filtrado estocástico fue una aplicación asesina importante, y ayudó a poner a un hombre en la luna. También se puede usar para explicar fenómenos como el movimiento browniano; El proceso de Ornstein-Uhlenbeck, por ejemplo, se introdujo para explicar el movimiento browniano bajo fricción.

La principal aplicación del cálculo estocástico es la matemática financiera. ¿Cómo se estima el precio de un activo en el futuro, o se maneja su variación?

Otro lugar donde se usa ampliamente es en biología de sistemas. Las ecuaciones diferenciales estocásticas (parciales) pueden usarse para modelar el ruido en redes reguladoras de genes, y pueden usarse para hacer preguntas sobre cómo los organismos biológicos manejan el ruido. Un artículo que publiqué recientemente utilizó ecuaciones diferenciales parciales estocásticas para mostrar cómo una proteína modula el ruido en el desarrollo del cerebro posterior del pez cebra.

También se usa en modelos climáticos. Majda en el Courant Institute es bien conocido por su trabajo en este campo. Estos modelos estocásticos se pueden usar para comprender y cuantificar los efectos de la estocasticidad en la dinámica climática.

El abuelo del proceso estocástico es, por supuesto, el movimiento browniano. Estos son procesos de alto ruido. Basta de charla.