【通俗易懂的通信】马尔可夫过程Ⅰ:马尔可夫链、齐次马尔可夫链、CK方程

0.前言

马尔可夫链在香农通信中被用作描述离散信源的工具,所以完全理解马尔可夫链是理解香农信息论的前提

1.马尔可夫链的定义

注解:

定义式中并未说明状态空间的容量,n是序列的长度。

A式的意思是,相邻两时刻n+1与n的条件概率只与这两步的概率有关,与先前的概率无关,这叫做无后效性。无后效性我们可以理解为,先前时刻的状态对当前的状态无后效。

我们把状态和步数(/序列标号)用一个坐标,(n,i) 表示,即第n步的第i个状态,因此对于随机序列X(n),在每一步在每个状态都有一定概率。

齐次马尔可夫链:

对于齐次马尔可夫链,记P=(p_{ij}),那么矩阵P就是齐次马尔可夫链的一次转移矩阵

2. C-K方程

m步转移概率:

CK方程:

CK方程的含义就是,对于从(0,i)到(m+r,j)的转移概率,其值等于从(0,i)到(m,k),再从(m,k)到(m+r,j)的所有路径的概率的和,其中k是状态空间的所有可能取值。

该定理可以自己画图证明,下面给出公式证明

对于齐次马尔可夫链,转移概率与时间/步数无关,上式是针对一个元素ij,将CK方程写作矩阵形式,可以写作如下形式:

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