南京邮电大学随机过程讲稿 第二章课件.ppt

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1、第二章随机过程的概念与基本类型随机过程的定义和统计描述随机过程分布和数字特征复随机过程随机过程基本类型1概率论主要研究的对象是随机变量，即随机试验的结果，可用一个或有限个随机变量描述的随机现象。而有些随机现象仅用一个或有限个随机变量描述是不够的，必须用无穷多个随机变量来描述。一、随机过程是随机变量的推广2随机变量在每次试验的结果中，以一定的概率取某个事先未知，但为确定的数值。在实际应用中，我们经常要涉及到在试验过程中随时间t而改变的随机变量。例如，接收机的噪声电压，3此外，还包括生物群体的增长问题；电话交换机在一定时间段内的呼叫次数；一定时期内的天气

2、预报；固定点处海平面的垂直振动等等。4对接收机的输出噪声电压，作一次“长时间的观察”，测量获得的噪声电压Xt是一个样本函数56二、随机过程的定义781.通常我们可以根据随机变量X(t)在时间和状态上的类型区分随机过程的类型。三、随机过程的分类连续随机过程随机序列离散参数链参数集状态空间可数集区间离散随机过程连续型离散型9在时间和状态上都连续连续型随机过程10在时间上连续，状态上离散离散型随机过程11在时间上离散，状态上连续连续型随机序列12在时间上离散，状态上离散离散参数链132.按概率特性分：独立增量过程、马尔科夫过程、平稳过程、二阶矩过程等,以其

3、分布函数为依据，有正态过程，泊松过程等。14151617§2.2随机过程的分布一、有限维分布函数族对任一固定时刻，随机过程是一随机变量，这时可用研究随机变量的方法研究随机过程的统计特性，但随机过程是一族随机变量，因此，对随机过程的描述，需用有限维分布函数族。有限个随机变量统计规律联合分布函数随机过程统计规律有限维分布函数族181920有限维分布函数的性质对称性相容性21有限维分布函数族对称性相容性Kolmogorov存在定理设已给参数集T及满足对称性和相容性条件的分布函数族F，则必存在概率空间（Ω,F,P）及定义在其上的随机过程{X(t),t∈T}，

4、它的有限维分布函数族是F。22有限维特征函数族：23二、有限维联合分布数函数族有限维联合分布函数族：24设{X(t),t∈T}是随机过程，如果对任意t∈T，E[X(t)]存在，则称函数为X(t)的均值函数，反映随机过程在时刻t的平均值。一、均值函数§2.3随机过程的数字特征2526我们把随机变量（随机过程对应于某个固定t值）的二阶原点矩记作称为随机过程的均方值函数。（二）均方值与方差称为随机过程的方差函数。而把的二阶中心矩，是t的确定函数，它描述了随机过程的诸样本函数对数学期望的偏离程度见图示。27是非负函数，它的平方根称为随机过程的均方差函数。即：

5、28（三）自相关函数均值和方差刻划了随机过程在各个时刻的统计特性，但不能描述过程在不同时刻的相关关系，这点可从下图所示的两个随机过程和来说明，从直观上看，它们具有大致相同的均值和方差，但两者的内部结构却有非常明显的差别。29具有相同均值函数和方差函数的两个不同的随机过程30而的样本函数变化激烈，波动性大，其不同时刻的状态之间的联系不明显，且时刻间隔越大，联系越弱.其中随时间变化缓慢，这个过程在两个不同时刻的状态之间有较强的相关性;因此，必须引入描述随机过程在不同时刻之间相关程度的数字特征。自相关函数（简称相关函数）就是用来描述随机过程两个不同时刻状态

6、之间内在联系的重要数字特征。31称为随机过程X(t)的自相关函数，简称相关函数，我们把随机过程在任意两个不同时刻的随机变量与的混合原点矩（若存在）记作32若取，称与的中心矩为随机过程的自协方差函数，简称协方差函数。则有此时相关函数即为均方值。33(1)(2)(3)随机过程数字特征之间的关系：从这些关系式看出，均值函数和相关函数是最基本的两个数字特征，其它数字特字特征，协方差函数方差函数都可以由它们确定。34四、互相关函数两个随机过程之间的关系互协方差函数互相关函数3536373839404142求的均值函数和相关函数。43§2.4复随机过程二、复随机

7、过程的数字特征函数均值函数方差函数44相关函数协方差函数相互之间的关系三、协方差函数的性质454647二阶矩过程正交增量过程独立增量过程马尔可夫过程正态过程维纳过程平稳过程§2.5随机过程的几种基本类型48二阶矩过程定义：设已给定随机过程，如果对于一切均有，则称为二阶矩过程。1、二阶矩过程必存在均值2、由Schwartz不等式知其相关函数和协方差都存在。性质：49例题：设{X(t),t∈T}是正交增量过程，T=[a,b]为有限区间，且规定X(a)=0，求其协方差函数。正交增量过程2、特点：不相重叠的区间上状态的增量互不相关。5051独立增量过程2、特

8、点：独立增量过程在任一个时间间隔上过程状态的改变，不影响任一个与它不相重叠的时间间隔上状态的改变。52正交增