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1、关键词:无后效性(马尔可夫性)齐次马尔可夫链n步转移概率n步转移概率矩阵C-K方程马氏链的有限维分布律遍历性极限分布(平稳分布)第十一章马尔可夫链§1马尔可夫过程及其概率分布4567891011例1:(0-1传输系统)设各级的传真率为p,误码率为q=1-p。X0是初始输入,Xn是第n级的输出(n≥1),那么{Xn,n=0,1,2…}是一随机过程,状态空间I={0,1}.当Xn=i为已知时,Xn+1所处的状态的概率分布只与Xn=i有关,而与时刻n以前所处的状态无关,所以它是一个马氏链,而且还是齐次的.……n21X0X1X2XnXn-112例2:一维随
2、机游动。设一醉汉在I={1,2,3,4,5}作随机游动:如果现在位于点i(1
3、只可以容纳两个人的等候室组成。服务规则为:先到先服务,后来者需在等候室依次排队,假设一个需要服务的顾客到达系统时发现系统内已有3个顾客,则该顾客立即离去。设时间间隔⊿t内有一个顾客进入系统的概率为q,有一接受服务的顾客离开系统(即服务完毕)的概率为p,又设当⊿t充分小时,在这时间间隔内多于一个顾客进入或离开系统实际上是不可能的,再设有无顾客来到与服务是否完毕是相互独立的。等候室服务台系统随机到达者离去者15现用马氏链来描述这个服务系统:设Xn=X(n⊿t)表示时刻n⊿t时系统内的顾客数,即系统的状态。{Xn,n=0,1,2…}是一随机过程,状态空间
4、I={0,1,2,3},且如前例1、例2的分析可知,它是一个齐次马氏链,它的一步转移概率矩阵为:等候室服务台系统随机到达者离去者16例4:设甲、乙两袋共装5个球,每次任取一袋,并从袋中取出一球放入另一袋(若袋中无球则不取)。Xn表示第n次抽取后甲袋的球数,n=1,2,….{Xn,n=1,2,…}是一随机过程,状态空间I={0,1,2,3,4,5},当Xn=i时,Xn+1=j的概率只与i有关,与n时刻之前如何取到i值是无关的,这是一马氏链,且是齐次的,一步转移概率矩阵为:甲乙17例5:卜里耶(Polya)罐子模型。设一罐子装有r个红球,t个黑球,现随
5、机从罐中取出一球,记录其颜色,然后将球放回,并加入a个同色球。持续进行这一过程,Xn表示第n次试验结束时罐中的红球数,n=0,1,2,….{Xn,n=0,1,2,…}是一随机过程,状态空间I={r,r+a,r+2a,…},当Xn=i时,Xn+1=j的概率只与i有关,与n时刻之前如何取到i值是无关的,这是一马氏链,但不是齐次的,一步转移概率为:例6:某计算机机房的一台计算机经常出故障,研究者每隔15分钟观察一次计算机的运行状态,收集了24个小时的数(共作97次观察),用1表示正常状态,用0表示不正常状态,所得的数据序列如下:1110010011111
6、110011110111111001111111110001101101111011011010111101110111101111110011011111100111设Xn为第n(n=1,2,…,97)个时段的计算机状态,可以认为它是一个齐次马氏链.求(1)一步转移概率矩阵;(2)已知计算机在某一时段(15分钟)的状态为0,问在此条件下,从此时段起,该计算机能连续正常工作45分钟(3个时段)的条件概率.解:(1)设Xn为第n(n=1,2,…,97)个时段的计算机状态,可以认为它是一个齐次马氏链,状态空间I={0,1},96次状态转移情况是:0→0
7、:8次;0→1:18次;1→0:18次;1→1:52次;因此一步转移概率可用频率近似地表示为:20212223§2多步转移概率的确定24证毕!25262728续2930§3遍历性31323334353637383941例6:一质点在1,2,3三个点上作随机游动,1和3是两个反射壁,当质点处于2时,下一时刻处于1,2,3是等可能的。写出一步转移概率矩阵,判断此链是否具有遍历性,若有,求出极限分布。42例7:一质点在1,2,3三个点上作随机游动,1和3是两个反射壁,当质点处于2时,下一时刻转移到1和3的概率各为½。写出一步转移概率矩阵,判断此链是否具有
8、遍历性,若有,求出极限分布。43例8:一质点在1,2,3三个点上作随机游动,1和3是两个吸收壁,当质点处于2时,下一时刻转