第四章马尔可夫链-(精选·公开·课件).ppt

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第四章 马尔可夫链 4.1 马尔可夫链与转移概率 定义 设 {X(t),t ?T }为随机过程,若对任意正整数n及t1 t2? tn, P{X(t1)=x1,?, X(tn-1)=xn-1}0,且条件分布 P{X(tn)?xn|X(t1)=x1,?, X(tn-1)=xn-1} = P{X(tn) ? xn|X(tn-1)=xn-1}, 则称{X(t),t ?T }为马尔可夫过程。 ☆若t1,t2,?,tn-2表示过去,tn-1表示现在,tn表示将来,马尔可夫过程表明:在已知现在状态的条件下,将来所处的状态与过去状态无关。 4.1 马尔可夫链与转移概率 常见马尔可夫过程通常有三类: (1)时间、状态都是离散的,称为马尔可夫链 (2)时间连续、状态离散的,称为连续时间马尔可夫链 (3)时间、状态都是连续的,称为马尔可夫过程 (时间离散、状态连续的马尔可夫过程,通常用泛函中二元函数的范数进行研究) 4.1 马尔可夫链与转移概率 随机过程{Xn,n?T }, 参数T={0, 1, 2, ?},状态空间I={i0, i1, i2, ?} 定义 若随机过程{Xn,n?T },对任意n?T和i0,i1,?,in+1 ?I,条件概率P{Xn+1=in+1|X0=i0,X1=i1,?,Xn=in} = P{Xn+1=in+1|Xn=in}, 则称{Xn,n?T }为马尔可夫链,简称马氏链。 4.1 马尔可夫链与转移概率 马尔可夫链的性质 P{X0=i0, X1=i1, ?, Xn=in} =P{Xn=in|X0=i0, X1=i1, ?, Xn-1=in-1} P{X0=i0, X1=i1, ?, Xn-1=in-1} = P{Xn=in|Xn-1=in-1} P{Xn-1=in-1 |X0=i0,X1=i1,?,Xn-2=in-2} P{X0=i0,X1=i1,?,Xn-2=in-2} =P{Xn=in|Xn-1=in-1}P{Xn-1=in-1 |Xn-2=in-2} P{X0=i0,X1=i1,?,Xn-2=in-2} 4.1 马尔可夫链与转移概率 =? =P{Xn=in|Xn-1=in-1}P{Xn-1=in-1 |Xn-2=in-2} ? P{X1=i1|X0=i0}P{X0=i0} 马尔可夫链的统计特性完全由条件概率P{Xn+1=in+1|Xn=in}确定。 4.1 马尔可夫链与转移概率 定义 称条件概率pij(n)= P{Xn+1=j|Xn=i} 为马尔可夫链{Xn,n?T }在时刻n的一步转移概率,简称转移概率,其中i,j?I。 定义 若对任意的i,j?I,马尔可夫链{Xn,n?T }的转移概率pij(n)与n无关,则称马尔可夫链是齐次的,并记pij(n)为pij。 齐次马尔可夫链具有平稳转移概率, 状态空间I={1, 2, 3, ?},一步转移概率为 4.1 马尔可夫链与转移概率 转移概率性质 (1) (2) P称为随机矩阵 4.1 马尔可夫链与转移概率 例4.1 赌博问题。甲乙二人进行一系列赌博,甲有a元,乙的赌本无限,每赌一局输者给赢者1元,没有和局,如果甲输光,再输则赌本为负。设在每一局中,甲赢的概率为p,输的概率为q=1-p。设Xn表示第n次赌博结束后甲的赌本,则Xn,n≥1是马尔科夫链,求Xn的转移矩阵 4.1 马尔可夫链与转移概率 例4.1 无限制随机游动 4.1 马尔可夫链与转移概率 n步转移概率: i经过k步进入j,向右移了x步,向左移了y步 则 4.1 马尔可夫链与转移概率 例4.4 具有吸收壁和反射壁的随机游动 状态空间{1,2,3,4},1为吸收壁,4为反射壁 状态转移图 状态转移矩阵 4.1 马尔可夫链与转移概率 定义 称条件概率 = P{Xm+n=j|Xm=i} 为马尔可夫链{Xn,n?T }的n步转移概率(i,j?I, m?0, n?1)。 n步转移矩阵 其中 P(n)也为随机矩阵 4.1 马尔可夫链与转移概率 定理4.1 设{Xn,n?T }为马尔可夫链,则对任意整数n?0,0?ln和i,j?I,n步转移概率 具有性质 (1) (2) (3) P(n)=PP(n-1) (4) P(n)=Pn 4.1 马尔可夫链与转移概率 证(1) 4.1 马尔可夫链与转

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