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Le Q-processus d’un Λ-Fleming-Viot

Dans le document Généalogie et Q-processus (Page 39-42)

1.6 Changement de mesure dans le système de particules look-down

1.6.2 Le Q-processus d’un Λ-Fleming-Viot

Nous avons conditionné en section 1.2.5 un CB vérifiant {τ0(X) < ∞} p.s. à l’évènement

0(X) = ∞} par le biais d’un passage à la limite, et avons appelé le processus résultant Q-

la propriété d’absorption p.s., au sens où Rt est, pour t assez grand, p.s. réduit à une masse de Dirac en le type aléatoire ξ0(1). Ceci signifie que le seul type ξ0(1) subsiste au bout d’un temps

suffisamment long. Notre objectif est maintenant de conditionner tout Λ-Fleming-Viot qui vérifie la propriété d’absorption p.s. à la non absorption. Cet objectif avait déjà été menée à bien à l’aide de techniques analytiques dans le cas de la diffusion de Wright-Fisher, on pourra consulter Lambert [86], qui pointe lui-même vers les travaux de Kimura [73]. Nous proposons une approche nouvelle, basée sur le système de particules look-down, qui permet de calculer le générateur du

Q-processus, et permet en outre d’expliquer la forme de ce générateur.

Nous supposons donc dans toute cette section que Z(dx) = R(dx) est un Λ-Fleming-Viot, et on rappelle que l’exposant de Laplace du subordinateur U est lié à la mesure Λ par l’équation (1.32). On choisit de travailler avec l’espace des types E = {1, . . . , K} plutôt que [0, 1] par commodité.

Un outil important dans cette étude est le changement de filtration. On définit à cet effet les deux filtrations d’intérêt :

– (Ft= σ{(ξs(n), n ∈ N), 0 ≤ s ≤ t}) la filtration associé au système de particules. – (Gt= σ{Rs, 0≤ s ≤ t}) la filtration associée au processus R.

On considère le processus R conditionné à la coexistence des K premiers types à l’instant t, pour

K entier fixé compris entre 1 et K′ :

∀A ∈ Gt, P(R(≥t) ∈ A) = P R ∈ A| K

Y

i=1

Rt{i} 6= 0,

Il n’est pas aisé de définir la structure probabiliste du processus R(≥t) à t fixé. Néanmoins, pour

t grand, on peut en s’aidant du système de particules look-down prouver que R(≥t) restreint à

une fenêtre de temps [0, s] près de l’origine, admet une structure simple, qui peut être décrite en fonction d’un nouveau système de particules ξ. Un élément clef dans l’analyse est l’introduction

de L(t) le premier niveau auquel les K premiers types sont apparus dans le système de particules original ξ :

L(t) = inf{i ≥ K, {1, . . . , K} ⊂ {ξt(1), . . . , ξt(i)}}.

On définit le système de particules ξ, semblable au système de particules original ξ, avec deux

différences majeures : les K premiers types sont forcés d’occuper les K premiers niveaux, puis les évènements de reproduction impliquant au moins 2 des K premiers niveaux sont interdits, de sorte que les K premiers types restent aux K premiers niveaux à tout instant ultérieur. La définition précise est la suivante :

(i) La suite finie (ξ

0 (j), 1 ≤ j ≤ K) est une permutation uniforme de {1, . . . , K}, et la suite

0 (j), j ≥ K + 1) est une suite aléatoire indépendante échangeable, de fréquence asymptotique

R∞ 0 de loi : P(R∞ 0 ∈ A) = E 1A(R0) QK i=1R0{i} E(QK i=1R0{i}) ! .

(ii) Les évènements de reproduction sont gouvernés par la restriction de la mesure de Poisson N (définie dans à la section 1.5.1 lors de la construction de R) à l’ensemble

V :=n(s, π), π|[K]= {{1}, {2}, . . . , {K}}o,

où π|[K] désigne la restriction de la partition π à {1, . . . , K}.

Par un argument d’absolue continuité, on montre que le système de particules ξainsi construit

est bien défini, et admet une mesure de de Finetti notée R

Rt (dx) = lim N →∞ 1 N N X n=1 δξt (n)(dx),

Notons PK la loi du processus de Markov (L(t), t ≥ 0) issu de K. Nous pouvons alors énoncer le Théorème suivant. Théorème. [65]. Soit s ≥ 0 fixé. Si : lim t→∞ PK+1(L(t) < ∞) PK(L(t) < ∞) = 0, (1.33)

alors la famille de processus (Ru(≥t), 0≤ u ≤ s) converge en loi vers le processus (Ru , 0≤ u ≤ s)

quand t tend vers ∞.

Noter que la condition (1.33) implique l’absorption p.s. En effet, on a PK+1(L(t) < ∞) → 0 de (1.33), et donc L est infini p.s. en temps fini. Des conditions suffisantes sous lesquelles la condition (1.33) vaut sont explicitées dans l’article. On introduit, pour i ≥ 1, les quantités :

ri = i(i− 1) 2 c + Z (0,1] ν(dx)1 − (1 − x)i− ix(1 − x)i−1.

Elles représentent le paramètre de la variable aléatoire exponentielle qui gouverne le temps passé par une particule au niveau i dans le sytème de particules look-down original ξ. On a alors l’égalité suivante : Proposition. [65]. Soit t ≥ 0, et A ∈ Gt : P(R∈ A) = E 1A(R) QK i=1Rt{i} E(QK i=1R0{i}) erKt ! . (1.34)

Noter que cette Proposition vaut sans faire l’hypothèse d’absorption p.s..

Plaçons nous désormais dans le cas K = K= 2. La population compte donc deux types, et

nous conditionnons le processus à la survie de ces types en temps long. Dans ce cadre simple, le

Λ-Fleming-Viot est maintenant assimilable au processus (Rt{1}, t ≥ 0) à valeurs dans [0, 1], et Bertoin et Le Gall donnent dans [15] son générateur infinitésimal :

Gf (x) = 1 2cx(1−x)f′′(x)+x Z (0,1] ν(dy)[f (x(1−y)+y)−f(x)]+(1−x) Z (0,1] ν(dy)[f (x(1−y))−f(x)],

de domaine f ∈ C2([0, 1]). On obtient alors le théorème suivant, et son interprétation à suivre :

Théorème. [65]. Supposons K = K= 2. Définissons pour f ∈ C2([0, 1]), et x ∈ [0, 1] :

G0f (x) = c(1− 2x)f(x) +Z

(0,1]y(1− y)ν(dy)[f(x(1 − y) + y) − f(x)]

+Z

(0,1]y(1− y)ν(dy)[f(x(1 − y)) − f(x)],

G1f (x) = 1 2cx(1− x)f′′(x) + x Z (0,1](1 − y) 2ν(dy)[f (x(1 − y) + y)) − f(x)] + (1 − x)Z (0,1](1 − y) 2ν(dy)[f (x(1− y)) − f(x)].

Alors l’opérateur G0+ G1 est le générateur du processus (R

t , t≥ 0).

Une preuve directe dans le cadre d’un Λ-Fleming-Viot à sauts purs, c’est à dire pour lequel

Λ{0} = 0, est la suivante. On écrit :

ν(dy) = 2y(1− y)ν(dy) + (1 − y)2ν(dy) + y2ν(dy),

puis on interprète comme suit les différents termes de la somme :

1. Le premier terme est la somme des deux mesures y(1 − y)ν(dy) qui apparaissent dans l’expression de G0. Chacune de ces deux mesures correspond à l’intensité des évènements

de reproduction qui concernent le niveau 1 mais pas le niveau 2, ou le niveau 2 mais pas le niveau 1, puisque ces évènements ont pour probabilité y(1 − y) lorsque l’évènement de reproduction implique une fraction y de la population. Nous interprétons ces évènements comme des évènements d’immigration.

2. Le second terme correspond à la mesure (1 − y)2ν(dy)qui apparaît dans le générateur G1

et correspond à l’intensité des évènements de reproduction qui n’impliquent ni 1 ni 2 : à nouveau, cet évènement a pour probabilité (1 − y)2 lorsque l’évènement de reproduction

implique une fraction y de la population. Le père est alors de type 1 avec probabilité x la fréquence asymptotique des particules de type 1, et de type 0 avec probabilité 1 − x. Nous interprétons ces évènements comme des évènements de reproduction.

3. Le troisième terme de la somme n’apparaît ni dans l’expression de G0, ni dans celle de G1 : il

correspond à l’intensité des évènements de reproduction qui impliquent à la fois les niveaux 1 et 2, mais ces évènements ont été effacés dans notre construction de R.

Nous donnons dans l’article une version plus générale, incluant les cas où Λ{0} 6= 0, dont la preuve est basée sur l’expression (1.34) de Rcomme h-transformée de R. Il est intéressant de

comparer le Q-processus du Λ-Fleming-Viot avec le Q-processus des processus de branchement : alors qu’il est nécessaire d’ajouter des évènements de reproduction lorsqu’on conditionne un processus de branchement à la non-extinction (voir la construction de Kesten de l’arbre de Galton-Watson conditionné à la non extinction par exemple), il faut effacer des évènements de reproduction lorsqu’on conditionne un Λ-Fleming-Viot à la non-absorption. On peut certes interpréter ξcomme un système de particules où les K premiers niveaux agissent comme K

sources d’immigration, mais alors les niveaux suivants se reproduisent selon une mesure biaisée égale à (1 − y)KΛ(dy), et cette mesure est dominée par Λ(dy) au sens de l’ordre stochastique.

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