Notes 2-Markov Chain- transition probability

一步转移概率

现在,我们就均匀时间的Markov链讨论下其状态转移的规律。假设有一Markov链,是一个离散状态空间(有限或者无限):


根据Markov过程的无记忆性和时间均匀Markov链的时间均匀性,可以得到状态i到j的一步转移概率



一步转移概率矩阵

另外,还可以以转移概率矩阵的方式写出该Markov链的所有一步转移概率:


多跳转移概率

另外,根据全概率公式以及Chapman-Kopmogorov方程,可以推导出n+m跳转移概率

证明步骤太麻烦,改天写,已略。

多跳转移概率矩阵


证明步骤太麻烦,改天写,已略。

上面这两种转移矩阵就是常用来描述状态转移规律的数学工具,但是始终还是太“抽象”了哇,不过不抽象就不能符号化了,不符号化怎么成为通用的概括公式呢,这就是数学嘛。但是最直观的还是状态转移图了,就是一开头发的那种,现在我们看看他们之间有啥关系?

下面先举个经典的关于《一个“缺心眼”教授忘带伞》的栗子:

(虽然听上去像骂人,但是Absent-minded professor怎么翻译都像缺心眼教授唉)

这个栗子假设有一个“缺心眼”教授有两把伞,而她每天都会往返“办公室”和“家里”,这个教授很“缺心眼”,因为当下雨的时候她出发才会带上一把伞,不下雨就不会带伞,现在假设某天她出门下雨的概率是p,那么当前她所在地有雨伞的数目(可以被当做一个状态),和她下一个所在地有雨伞的数目可以用Markov链来表示,如下左图。


左边的状态转移图是不是超级直观超级简单,一共只有3个状态(当前所在地没有雨伞和有1把雨伞、2把雨伞),统统用数字表示“0,1,2”,可以看出”0态“可以转移到”2态”,而且发生的概率是1(那肯定的啊,不管下不下雨,她都会从没有雨伞的地方去往有2把雨伞的地方,那就意味不下雨她就忘记带伞了,下雨的话因为没有雨伞只能淋着雨出门了),”2态“可以转移到“0态”发生的概率是1-p(这表示她没有从有2把伞的地方带伞出门,即没有下雨的情况,即忘记带伞,概率为1-p),以此类推。是不是觉得很神奇,这个图可以把所有的状态以及它们之间可以转换的概率写了上去,当两个状态之间没有箭头连接时,说明这两个状态不能相互转移。虽然状态转移图非常直观,描述出来很好理解,但是能得到什么数学结论呢?我们把它模型化肯定是要从中找到一些我们特别想求出的东西的,一个图我们能求出什么呢?所以我们用上面介绍过的状态一步转移矩阵来描述这个图,如右边的矩阵。这样就可以表示更多的东西了,比如某天有几把伞的瞬时概率,被叫做瞬时概率矩阵,


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