第7章馬爾可夫過程與泊松過程

2022-10-06 00:21:05 字數 1956 閱讀 7927

7.1 馬爾可夫過程

1.引例

例1:隨機游動問題。

質點在一直線上作隨機游動,如果某一時刻質點位於點,則下一步質點以概率向左移動一格達到點,以概率向右移動一格達到點。用表示時刻質點的位置,則是一隨機過程。在時刻質點所處的位置只與時刻質點的位置有關,而與以前的位置…、無關。

例2:遺傳病問題。

某些疾病常遺傳給下一代,但不隔代遺傳。第代是否有此種疾病只與第代是否有此疾病有關,而與代以前的健康狀況無關。

2.馬爾可夫過程描述性概念

一般而言,若隨機過程在時刻所處的狀態為已知的條件下,過程在時刻()所處的狀態只與過程在時刻的狀態有關,而與以前的狀態無關,則稱此過程為馬爾可夫過程。

3.馬爾可夫過程分類

馬爾可夫過程分為四類:

(1) 離散馬爾可夫鏈:

時間取離散值, ,可直接記為。

狀態取離散值, ,可直接記為。

(2) 連續馬爾可夫鏈:

時間取離散值, ,狀態取連續值。

(3) 離散馬爾可夫過程:

時間取連續值,狀態取離散值。

(4) 連續馬爾可夫過程:

時間取連續值,狀態取連續值。.

4.馬爾可夫過程的研究與應用概況

在隨機過程的研究領域,馬爾可夫過程是主要的研究物件,有關的專著、專題無計其數,其原因是馬爾可夫過程與眾多的應用領域有關聯。

5.馬爾可夫鏈

(1)定義

設時間取離散值,記,設狀態取有限個離散值,若

稱馬爾可夫鏈。

(2) 一步轉移概率

記,稱為馬氏鏈的一步轉移概率。

由所有的(,)構成的矩陣

稱為馬氏鏈的一步轉移矩陣。

可以證明:

(3) 步轉移概率記,

稱為馬氏鏈的步轉移概率。

由所有的(,)構成的矩陣

稱為馬氏鏈的步轉移矩陣。

可以證明:

(4) 一步轉移矩陣與步轉移矩陣的關係

定理:。

5.應用舉例

例3:天氣預報。

假設明日是否有雨只與今日的天氣狀況有關,而與以前的天氣狀況無關。在今日有雨的條件下,明日有雨的概率為0.6,明日無雨的概率為0.

4;在今日無雨的條件下,明日有雨的概率為0.3,明日無雨的概率為0.7;用1表示有雨,用2表示無雨。

(1) 求1一4步的轉移概率矩陣。

(2) 求今日有雨,第2日(後日)有雨的概率。

(3) 求今日有雨,第3日無雨的概率。

(4) 求今日無雨,求第4日有雨的概率。

解:=0.6

=0.4

=0.3

=0.7

今日有雨,第2日(後日)有雨的概率為。

今日有雨,第3日無雨的概率為。

今日無雨,求第4日有雨的概率為。

7.2 獨立增量過程

1. 引例

例1:用表示我國第年的人口總數,則表示在時間段的人口增量。一般,, 是相互獨立的。

例2:用表示時刻到某商店購物的房客總數,則表示在時間段的房客增量。一般,, 是相互獨立的。

例3:用表示時刻通過某路口的車輛總數,則表示在時間段的車流增量。一般,, 是相互獨立的。

2. 獨立增量過程的定義

設有一隨機過程,,如果對任意時刻,過程的增量為(),若, 是相互獨立的隨機變數,則稱為獨立增量過程,又稱為可加過程。

3. 泊松過程

(1) 定義

設隨機過程(),其狀態只取非負整數值,若滿足下列三個條件:

1 對任意時刻,在時間段,事件出現的次數

()是相互獨立的。

2 對於充分小的,在時間段事件出現1次的概率為

3 對於充分小的,在時間段事件出現再次及再次以上的概率為

則稱為泊伀過程。

(2) 泊松過程的概率計算

①  ②

③  ④ 數學期望

記,有:

⑤ 方差

⑥ 自相關

作業:p231,8.1,8.2,8.4,8.5,8.8。

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