The Feynman-Kac formula and applications to PDEs

The thesis presents a probabilistic approach to the theory of semigroups of operators, with particular attention to the Markov and Feller semigroups. The first goal of this work is the proof of the fundamental Feynman-Kac formula, which gives the solution of certain parabolic Cauchy problems, in terms of the expected value of the initial condition computed at the associated stochastic diffusion processes. The second target is the characterization of the principal eigenvalue of the generator of a semigroup with Markov transition probability function and of second order elliptic operators with real coefficients not necessarily self-adjoint. The thesis is divided into three chapters. In the first chapter we study the Brownian motion and some of its main properties, the stochastic processes, the stochastic integral and the Itô formula in order to finally arrive, in the last section, at the proof of the Feynman-Kac formula. The second chapter is devoted to the probabilistic approach to the semigroups theory and it is here that we introduce Markov and Feller semigroups. Special emphasis is given to the Feller semigroup associated with the Brownian motion. The third and last chapter is divided into two sections. In the first one we present the abstract characterization of the principal eigenvalue of the infinitesimal generator of a semigroup of operators acting on continuous functions over a compact metric space. In the second section this approach is used to study the principal eigenvalue of elliptic partial differential operators with real coefficients. At the end, in the appendix, we gather some of the technical results used in the thesis in more details. Appendix A is devoted to the Sion minimax theorem, while in appendix B we prove the Chernoff product formula for not necessarily self-adjoint operators.

Jarrow-Yildirim model for inflation: theory and applications

This thesis deals with inflation theory, focussing on the model of Jarrow & Yildirim, which is nowadays used when pricing inflation derivatives. After recalling main results about short and forward interest rate models, the dynamics of the main components of the market are derived. Then the most important inflation-indexed derivatives are explained (zero coupon swap, year-on-year, cap and floor), and their pricing proceeding is shown step by step. Calibration is explained and performed with a common method and an heuristic and non standard one. The model is enriched with credit risk, too, which allows to take into account the possibility of bankrupt of the counterparty of a contract. In this context, the general method of pricing is derived, with the introduction of defaultable zero-coupon bonds, and the Monte Carlo method is treated in detailed and used to price a concrete example of contract. Appendixes: A: martingale measures, Girsanov's theorem and the change of numeraire. B: some aspects of the theory of Stochastic Differential Equations; in particular, the solution for linear EDSs, and the Feynman-Kac Theorem, which shows the connection between EDSs and Partial Differential Equations. C: some useful results about normal distribution.

Equazioni differenziali stocastiche backward

Questo elaborato si pone come obiettivo l’introduzione e lo studio di due strumenti estremamente interessanti in Analisi Stocastica per le loro applicazioni nell’ambito del controllo ottimo stocastico e, soprattutto (per i fini di questo lavoro), della finanza matematica: le equazioni differenziali stocastiche backward (BSDEs) e le equazioni differenziali stocastiche forward-backward (FBSDEs). Innanzitutto, la trattazione verterà sull’analisi delle BSDEs. Partendo dal caso lineare, perfettamente esplicativo dei problemi di adattabilità che si riscontrano nella definizione di soluzione, si passerà allo studio delle BSDEs non lineari con coefficienti Lipschitziani, giungendo, in entrambe le situazioni, alla prova di risultati di esistenza e unicità della soluzione. Tale analisi sarà completata con un’indagine sulle relazioni che persistono con le PDEs, che porterà all’introduzione di una generalizzazione della formula di Feynman-Kac e si concluderà, dopo aver introdotto le FBSDEs, con la definizione di un metodo risolutivo per queste ultime, noto come Schema a quattro fasi. Tali strumenti troveranno applicazione nel quinto e ultimo capitolo come modelli teorici alla base della Formula di Black-Scholes per problemi di prezzatura e copertura di opzioni.

The Importance of Quality LGBT Representation in Popular Television Shows: Orange Is the New Black and Orphan Black

Il seguente elaborato analizza l'importanza di un'adeguata rappresentazione di personaggi appartenenti allo spettro LGBT all'interno di programmi televisivi nordamericani, in particolare Orange Is The New Black e Orphan Black. Lo scopo della tesi è quello di provare l'importanza della rappresentazione nella costruzione dell'identità personale di ognuno, e nella lotta contro le discriminazioni di genere e orientamento sessuale. Le tesi si apre con un excursus teorico sul termine e il concetto di rappresentazione, soprattutto relativo all'ambito della televisione. Successivamente, vengono analizzati i vari tipi di rappresentazione all'interno nei due programmi televisivi presi in esame. La ricerca si conclude con una valutazione degli effetti e delle reazioni del pubblico a entrambi i telefilm e, infine, con alcune considerazioni personali.

Cyclone systems over the Aegean Sea. A statistical representation of their main characteristics

Il Mar Egeo è un bacino chiuso dove ha luogo una parte significativa dell'attività ciclonica del Mediterraneo. Inoltre, è circondato da città densamente popolate e ricche di risorse, quindi essere in grado di tracciare ed esaminare le caratteristiche degli intensi fenomeni meteorologici come i cicloni può prevenire i pericoli naturali che provocano perdite umane e danni economici. Questo studio tratta le caratteristiche principali dei sistemi a bassa pressione avvenuti nel Mar Egeo dal 1979 al 2020 ed è basato sul dataset di ERA5. Nello specifico, si tratta di un’analisi statistica delle loro caratteristiche come il numero medio di occorrenza per ogni mese dell’anno, la loro velocità di propagazione, la loro durata, la distanza percorsa dal momento della loro formazione fino al punto della loro dissipazione, lo spostamento fra la posizione di formazione e di dissipazione nonché` la loro distribuzione spaziale nelle 4 stagioni. Quello che è stato osservato è un’attività ciclonica rilevante che ha luogo nel Mar Egeo che costituisce uno dei posti del Mediterraneo con attività ciclonica non trascurabile. Si è fatto un confronto quantitativo tra i cicloni e più in generale le attività cicloniche che passano o nascono nel Mar Egeo con i cicloni che hanno luogo nel Mediterraneo nel suo complesso e quello che è stato trovato è che il Mar Egeo è un’area del Mediterraneo con attività ciclonica rilevante, e con caratteristiche simili dei cicloni che avvengono nel Mar Mediterraneo.

Stochastic physics and representation of El Niño Southern Oscillation in climate models

El Niño-Southern Oscillation (ENSO) è il maggiore fenomeno climatico che avviene a livello dell’Oceano Pacifico tropicale e che ha influenze ambientali, climatiche e socioeconomiche a larga scala. In questa tesi si ripercorrono i passi principali che sono stati fatti per tentare di comprendere un fenomeno così complesso. Per prima cosa, si sono studiati i meccanismi che ne governano la dinamica, fino alla formulazione del modello matematico chiamato Delayed Oscillator (DO) model, proposto da Suarez e Schopf nel 1988. In seguito, per tenere conto della natura caotica del sistema studiato, si è introdotto nel modello lo schema chiamato Stochastically Perturbed Parameterisation Tendencies (SPPT). Infine, si sono portati due esempi di soluzione numerica del DO, sia con che senza l’introduzione della correzione apportata dallo schema SPPT, e si è visto in che misura SPPT porta reali miglioramenti al modello studiato.

Rational algorithms for the decomposition of Feynman integrals via intersection theory

The decomposition of Feynman integrals into a basis of independent master integrals is an essential ingredient of high-precision theoretical predictions, that often represents a major bottleneck when processes with a high number of loops and legs are involved. In this thesis we present a new algorithm for the decomposition of Feynman integrals into master integrals with the formalism of intersection theory. Intersection theory is a novel approach that allows to decompose Feynman integrals into master integrals via projections, based on a scalar product between Feynman integrals called intersection number. We propose a new purely rational algorithm for the calculation of intersection numbers of differential $n-$forms that avoids the presence of algebraic extensions. We show how expansions around non-rational poles, which are a bottleneck of existing algorithms for intersection numbers, can be avoided by performing an expansion in series around a rational polynomial irreducible over $\mathbb{Q}$, that we refer to as $p(z)-$adic expansion. The algorithm we developed has been implemented and tested on several diagrams, both at one and two loops.