空间泊松点过程
泊松(possion)过程

显然有:
p( i
m j
)
(n)
≥
0
(i, j ∈ S)
∑ p(m) ij
(n)
=
1
j∈S
m = 1时,即为一步转移矩阵。
(i ∈ S)
规定:
p( i
0) j
(n)
= δi j
=
1 0
i= j i≠ j
(二)切普曼-柯尔莫哥洛夫(C-K)方程
定理:对于 m 步转移概率有如下的 C-K 方程:
∑ p (m+r ij
= ∑ P{X (n + m + r) = j X (n + m) = k}P{X (n + m) = k X (n) = i} k∈S
∑ =
p(m) ik(n)Leabharlann p(r) kj(n
+
m)
k∈S
对于齐次马氏链的情形:我们可以写成矩阵的形式即有:
P = P P (m+r)
(m) (r)
中科院研究生院 2008~2009 第一学期 随机过程讲稿 孙应飞
考虑顾客到达一服务台排队等待服务的情况。
若服务台前至少有一顾客等待,则在单位时间周期内,服务员完成一个顾客
的服务后,该顾客立刻离去;若服务台前没有顾客,则服务员空闲。
在一个服务周期内,顾客可以到达,设第 n 个周期到达的顾客数ξn 是一个取 值为非负整数的随机变量,且{ξn , n ≥ 1} 相互独立同分布。在每个周期开始时 系统的状态定义为服务台前等待服务的顾客数。若现在状态为 i ,则下周期的状 态 j 应该为:
中科院研究生院 2008~2009 第一学期 随机过程讲稿 孙应飞
第二章 Markov 过程
泊松分布知识点总结

泊松分布知识点总结1. 泊松分布的基本概念泊松分布是指在一个单位时间或单位空间内,某种随机事件发生的次数的概率分布规律。
具体来说,设随机变量X表示在单位时间内或单位空间内发生某种事件的次数,则X服从泊松分布的概率质量函数为:P(X=k) = (λ^k * e^(-λ)) / k!其中,λ是单位时间或单位空间内平均发生的事件次数,k=0,1,2,...是事件发生的次数。
泊松分布具有以下几个特点:(1)事件是离散的,即事件发生的次数只能是0,1,2,...无穷个;(2)事件是相互独立的,即事件在单位时间或空间内发生的次数与其他时间段无关;(3)事件是稀有的,即在很短的时间或空间内,事件发生的概率较小;(4)λ是事件发生的强度参数,表示在单位时间或空间内事件发生的平均次数。
2. 泊松分布的性质(1)数学期望:泊松分布的随机变量X的数学期望为E(X) = λ;(2)方差:泊松分布的随机变量X的方差为Var(X) = λ;(3)与二项分布的关系:当二项分布的n很大,p很小时,二项分布近似于泊松分布,当n趋向无穷大,p趋向0,np=λ时,二项分布B(n,p)可近似表示泊松分布P(λ)。
3. 泊松分布的应用泊松分布在实际应用中有着广泛的用途,主要包括以下几个方面:(1)电话交换机呼叫数目:当电话交换机平均每小时接到λ个呼叫时,每小时接到k个呼叫的概率可以用泊松分布来描述;(2)交通事故发生数目:假设某地区平均每天发生λ起交通事故,每天发生k起事故的概率可以用泊松分布来描述;(3)放射性原子核衰变数目:放射性核物质的衰变数目服从泊松分布;(4)网络数据包到达数目:网络数据包到达的数目服从泊松分布,可以用来描述网络通信中的数据包到达模式。
4. 泊松分布的推导与证明泊松分布的推导通常涉及到概率论和数理统计领域的知识,接下来我们对泊松分布的推导过程进行简要介绍。
设事件在一个很小的时间段Δt内发生的概率为λΔt (λ为单位时间内事件发生的平均次数),设事件在不重叠的时间段内发生的次数是相互独立的随机变量,那么在nΔt时间段内,事件发生k次的概率可以表示为:P(X=k) = C(n, k) * (λΔt)^k * (1-λΔt)^(n-k)其中C(n, k)为组合数。
第三章 泊松过程

第一节、泊松过程的基本概念
证明: (1) 0 N (0) N1 (0) N2 (0) 可得 N1 (0) N2 (0) 0 (2)由N(t)的独立增量性可得,N1 (t ), N2 (t ) 也为独立增量过程; (3)记 N (t s) N (t ) N (t , t s) P[ N1 (t , t s ) k1 ]
泊松过程(Poisson process)最早由法国人Poisson于 1837年引入。
主 要 内 容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
泊松过程的基本概念 相邻时间的时间间隔 剩余寿命与年龄 非时齐泊松过程 复合泊松过程 更新过程
第一节、泊松过程的基本概念
一、定义 一随机过程N (t ), t 0 ,若满足条件: (1)是一计数过程,且N(0)=0; (零初值性) (2)任取 0 t1 t2 tn , (独立增量过程) N (t1 ), N (t2 ) N (t1 ), , N (tn ) N (tn1 ) 相互独立; (3)s, t 0, n 0, P[ N (s t ) N (s) n] P[ N (t ) n] (增量平稳性) (4)对任意 t 0 和充分小的 t 0 ,有 P[ N (t t ) N (t ) 1] t o(t ) P[ N (t t ) N (t ) 2] o(t ) 称N (t ), t 0 是强度 为的时齐泊松过程。 其中 0 称 为强度常数。
即 N (s t ) N ( s) 是参数为 t 的泊松分布。
证明
第一节、泊松过程的基本概念
泊松过程的等价定义: 一计数过程N (t ), t 0 ,若满足条件: (1)N(0)=0; (2)N(t)是独立增量过程; (3)对 s, t 0, N (s t ) N (s) P(t ) ,即
泊松过程poisson

研究如何将泊松过程与其他 随机过程进行更有效的结合,
以更好地描述复杂现象。
探索如何利用机器学习方法改 进泊松过程的参数估计和模型 选择,以提高模型的预测能力
和解释性。
THANKS
泊松分布的性质
泊松分布具有指数衰减的性质, 即随着时间的推移,事件发生的
概率逐渐减小。
泊松分布的期望值和方差都是参 数λ(λ > 0),即E(X)=λ, D(X)=λ。
当λ增加时,泊松分布的概率密 度函数值也增加,表示事件发生
的频率更高。
泊松分布的应用场景
通信网络
泊松分布用于描述在一定 时间内到达的电话呼叫或 数据包的数量。
生物信息学中的泊松过程
在生物信息学中,泊松过程用于描述基因表达、蛋白质相互 作用等生物过程中的随机事件。例如,基因表达数据可以用 泊松过程来分析,以了解基因表达的模式和规律。
通过泊松过程,生物信息学家可以识别出与特定生物学功能 或疾病相关的基因,为药物研发和个性化医疗提供有价值的 线索。
06 泊松过程的扩展与展望
交通流量分析
泊松分布用于描述在一定 时间内经过某个地点的车 辆数量。
生物学和医学研究
泊松分布可以用于描述在 一定时间内发生的事件数 量,例如基因突变或细菌 繁殖。
04 泊松过程的模拟与实现
离散时间的模拟
01
定义时间间隔
首先确定模拟的时间区间,并将其 划分为一系列离散的时间点。
随机抽样
使用随机数生成器,在每个时间间 隔内随机决定是否发生事件。
有限可加性
在有限的时间间隔内,泊松过 程中发生的事件数量服从二项
分布。
与其他随机过程的比较
与马尔可夫链的比较
空间点过程与随机测度

泊松分布。当M趋近于无穷大,每个p_i分别趋近于0,并且总和保持为C,那么在极 限条件下,X_1 + X_2 + …,严格服从以C为均值的泊松分布。(熟悉概率理论的朋友 应该知道,这样的描述其实是指“按分布收敛”。)
所以,当我们对空间进行无限细分,在极限条件下,会发生下面的事情:
1. 每个格子的大小趋近于零,因而里面包含点的概率趋近于零; 2. 同时,某个固定区域内的格子数目趋近于无穷大; 3. 一个格子内几乎肯定不会出现两个点,因此某个区域内的点数几乎相等于区域内的包含
对于泊松过程,我相信很多朋友不是今天才第一次听说的了。因为,它是很多初级随机过程 课程所讲授的内容之一。在初级教科书里面,泊松过程是一个定义在时间上的过程。
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06/08/2015 10:20 PM
空间点过程与随机测度 | 小眉
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由于各种各样的原因,我们每天看到的星空中星星的分布可能都在变化。即使同一个区域, 里面包含的星星数目也可能是不确定的——这就是概率理论能发挥作用的时候了。对于每个 给定的区域,我们认为里面的星星数目是个随机变量,比如上面所说的N(A)和N(B)。为了我 们的讨论能够继续进行,需要做出一些简化假设。在这里,我们的假设很简单:
对于任意的区域 A,在A里面的点的数目 N(A) 服从泊松分布(Poisson Distribution)。
这里说“任意区域”其实是不太严格的——在正式的数学定理中,泊松过程所基于的空间必须 是一个测度空间(measure space),这里的区域A,必须是一个可测集(measurable set)。不熟悉 测度理论的朋友可以不妨暂且认为这个区域是任意的吧——因为,在实际常见的几乎所有几 何空间里,你能想象出来的集合都是可测集,而不可测的集合只存在于数学家的奇怪构造 中。
泊松过程

第二讲 泊松过程1.随机过程和有限维分布族现实世界中的随机过程例子:液体中,花粉的不规则运动:布朗运动;股市的股票价格; 到某个时刻的电话呼叫次数;到某个时刻服务器到达的数据流数量,等。
特征:都涉及无限多个随机变量,且依赖于时间。
定义(随机过程) 设有指标集T ,对T t ∈都有随机变量)(t X 与之对应,则称随机变量族}),({T t t X ∈为随机过程。
注 一个随机过程是就是一个二元函数E T t X →⨯Ωω:),(。
固定ω,即考虑某个事件相应的随机变量的值,得到函数R T t X →:),(ω称为样本函数或轨道或一个实现。
映射的值域空间E 称为状态空间。
例 随机游动(离散时间,离散状态)质点在直线上每隔单位时间位置就发生变化,分别以概率p 或概率p -1向正或负向移动一个单位。
如果以n S 记时刻n 质点所处的位置,那么就得到随机过程{,0}n S n ≥。
这里指标集},1,0{ =T ,状态空间},1,0,1,{ -=E 。
如果记n X 为时刻n ,质点的移动,那么{,1}n X n ≥也是随机过程。
两个过程的区别:{}n S 不独立;{}n X 独立; 两个过程的关系:01nn kk S S X==+∑习题 计算n ES 和n DS (设00S =)。
提示 利用∑==nk kn XS 1,其中k X 是时刻k 的移动方式。
习题 设从原点出发,则()/2()/2()/2,2()0,21n k n k n k n n C q p n k iP S k n k i +-+⎧+===⎨+=-⎩。
例 服务器到达的数据流(连续时间,离散状态)在],0[t 内,到达服务器的数据包个数记为)(t N ,那么}0),({≥t t N 也是个随机过程,其指标集}{+∈=R t T ,状态空间},1,0{ =E 。
例 布朗运动(连续时间,连续状态)直线上质点的位移是连续的。
在时刻t 的位置为t X 。
证明泊松过程是马尔可夫链

证明泊松过程是马尔可夫链泊松过程是一种常见的随机过程,它具有马尔可夫性质。
本文将通过阐述泊松过程的定义、特点以及马尔可夫链的概念,来证明泊松过程是马尔可夫链。
我们来了解一下泊松过程的定义。
泊松过程是一种随机过程,其描述了在一段时间内某个事件发生的次数。
泊松过程具有以下几个特点:1. 事件发生的次数是离散的,且是无限可数的。
2. 事件发生的概率只与时间间隔有关,而与具体的时间点无关。
3. 事件之间的发生是相互独立的,即一个事件的发生不会影响其他事件的发生。
接下来,我们来了解一下马尔可夫链的概念。
马尔可夫链是一种随机过程,其状态在给定当前状态下,未来状态的条件概率分布只与当前状态有关,而与过去状态无关。
马尔可夫链具有以下几个特点:1. 未来状态的条件概率分布只与当前状态有关,而与过去状态无关。
2. 状态空间是离散的,且是有限可数或无限可数的。
3. 在任意时刻,状态的转移只与当前状态有关,而与过去状态无关。
现在我们来证明泊松过程是马尔可夫链。
根据泊松过程的特点,可以看出泊松过程满足马尔可夫链的定义。
具体来说,泊松过程的状态可以表示为事件发生的次数,而状态之间的转移是离散的。
根据泊松过程的第二个特点,事件发生的概率只与时间间隔有关,而与具体的时间点无关,这意味着未来状态的条件概率分布只与当前状态有关,而与过去状态无关,满足马尔可夫链的第一个特点。
此外,根据泊松过程的第三个特点,事件之间的发生是相互独立的,即一个事件的发生不会影响其他事件的发生,这也满足马尔可夫链的第三个特点。
泊松过程具有马尔可夫性质,即泊松过程是马尔可夫链。
泊松过程的马尔可夫性质使得其在实际应用中具有重要的意义。
例如,在通信系统中,泊松过程可以用来描述数据包的到达时间,从而帮助我们设计和优化系统的性能。
此外,在排队论中,泊松过程也被广泛应用于描述顾客到达和服务的过程。
总结起来,泊松过程是一种具有马尔可夫性质的随机过程。
泊松过程的马尔可夫性质使得其在实际应用中具有重要的意义。
泊松过程的概率分布

泊松过程的概率分布泊松过程是一种经典的随机过程,它描述了在一定时间内发生某个随机事件的数量。
在物理学、金融学、生物学、电信等领域都有着广泛的应用。
泊松过程的概率分布是泊松分布,本文将介绍泊松过程的概率分布,包括定义、性质、应用等方面。
一、泊松过程的定义泊松过程是一种随机过程,它描述在一定时间内发生某个随机事件的数量。
泊松过程的特点是:1. 在一个时间段内发生的事件数量是独立的,即一个时间段内的事件数量不受其他时间段的事件数量的影响;2. 每个事件的发生概率是一样的,即在一个固定时间段内,每个事件发生的概率相同;3. 事件的发生率是恒定的,即在一个固定时间段内,事件的发生率不会发生变化。
根据泊松过程的定义,我们可以得出泊松过程的概率分布。
二、泊松过程的概率分布泊松分布描述的是在一个时间段内,事件发生次数的概率分布。
假设一个时间段内平均发生了λ次事件,那么在这个时间段内发生k次事件的概率可以用泊松分布表示为:P(k|\lambda) = \frac{e^{-\lambda}\lambda^k}{k!} 其中,k表示在这个时间段内发生k次事件的概率,\lambda表示在这个时间段内平均发生了λ次事件。
P(k|\lambda)表示在一个平均发生λ次事件的时间段内,发生k次事件的概率。
该概率满足以下几个重要性质:1. 非负性:P(k|\lambda)≥0;2. 归一性:概率分布的和为1,即∑_{k=0}^{\infty}P(k|\lambda)=1;3. 单峰性:概率分布在λ处取得峰值,即当k=\lambda时,P(k|\lambda)最大。
三、泊松分布的性质泊松分布有许多重要的性质,这些性质有利于在实际应用中充分发挥泊松过程的作用。
以下是泊松分布的几个重要性质:1. 均值和方差:泊松分布的均值和方差都等于λ,即E[k]=λ,Var[k]=λ。
2. 可数性:泊松分布是可数的,即 P(k|\lambda) 对所有的k ∈ N 都有定义。
泊松过程定义等价证明

泊松过程定义等价证明
随着随机过程的发展与应用,泊松过程也越来越受到重视。
泊松过程是一种离散型随机过程,其具有广泛的应用能力,如中间件服务器、信号处理和模拟仿真等。
为了便于理解泊松过程,研究者们提出了一系列定义和等价证明来帮助获取泊松过程的参数信息和特征运
行规律。
本文的核心内容是以“泊松过程定义等价证明”为研究对象,详细介绍了泊松过程的定义和等价证明过程。
首先,介绍了泊松过程的定义,包括离散随机过程、功率谱密度以及随机变量的期望值和方差等。
其次,重点介绍了泊松过程等价证明的相关概念,从特定函数构建空间、轮廓系数角度进行定义,并给出相应的等价证明样例。
最后,进行了数值实验分析,主要研究了泊松过程在一维和多维空间中的应用,并对结果进行了详细分析,完成对泊松过程定义等价证明的研究与探讨。
综上所述,本文详细介绍了泊松过程的定义及等价证明过程,研究了泊松过程在一维和多维空间中的应用,并对结果进行了详细分析,从而获得了泊松过程的定义等价证明的参数信息和特征运行规律。
此次研究是对泊松过程的进一步加深,并为日后更为精细的分析提供基础。
- 1 -。
泊松过程

泊松过程泊松过程是指一种累计随机事件发生次数的最基本的独立增量过程。
例如随着时间增长累计某电话交换台收到的呼唤次数,就构成一个泊松过程。
泊松过程是由法国著名数学家泊松(1781—1840)证明的。
1943年C.帕尔姆在电话业务问题的研究中运用了这一过程,后来Α.Я.辛钦于50年代在服务系统的研究中又进一步发展了它。
泊松过程是随机过程的一种,是以事件的发生时间来定义的。
我们说一个随机过程N(t) 是一个时间齐次的一维泊松过程,如果它满足以下条件:在两个互斥(不重迭)的区间内所发生的事件的数目是互相独立的随机变量。
在区间[t,t + τ]内发生的事件的数目标机率分布为:其中λ是一个正数,是固定的参数,通常称为抵达率(arrival rate)或强度(intensity)。
所以,如果给定在时间区间[t,t + τ]之中事件发生的数目,则随机变量N(t + τ) −N(t)呈现泊松分布,其参数为λτ。
更一般地来说,一个泊松过程是在每个有界的时间区间或在某个空间(例如:一个欧几里得平面或三维的欧几里得空间)中的每一个有界的区域,赋予一个随机的事件数,使得在一个时间区间或空间区域内的事件数,和另一个互斥(不重迭)的时间区间或空间区域内的事件数,这两个随机变量是独立的。
在每一个时间区间或空间区域内的事件数是一个随机变量,遵循泊松分布。
(技术上而言,更精确地来说,每一个具有有限测度的集合,都被赋予一个泊松分布的随机变量。
)考虑一个泊松过程,我们将第一个事件到达的时间记为T1。
此外,对于n>1,以T n记在第n-1个事件与第n个事件之间用去的时间。
序列{T n,n=1,2,...}称为到达间隔时间列。
T n(n=1,2,...)是独立同分布的指数随机变量,具有均值1/λ。
泊松过程用数学语言说,满足下列三条件的随机过程X={X(t),t≥0}叫做泊松过程。
①P(X(0)=0)=1。
②不相交区间上增量相互独立,即对一切0≤t1<t2<…<tn,X(t1),X(t2)-X(t1),…,X(tn)-X(tn-1)相互独立。
.泊松过程与维纳过程

随机事件的来到数都可以得到一个计数过程,而同一 随机事件的来到数都可以得到一个计数过程 而同一 时刻只能至多发生一个来到的就是简单计数过程 简单计数过程. 时刻只能至多发生一个来到的就是简单计数过程 计数过程的一个典型的样本函数如图(P342) 计数过程的一个典型的样本函数如图
第三节 泊松过程与 维纳过程
一、独立增量过程 独立增量过程 二、泊松过程 泊松过程 三、维纳过程 维纳过程
第六章
一统天下工作室
机动 目录 上页 下页 返回 结束
泊松过程及维纳过程是两个典型的随机过程, 泊松过程及维纳过程是两个典型的随机过程 它们在随机过程的理论和应用中都有重要的地位, 它们在随机过程的理论和应用中都有重要的地位 它们都属于所谓的独立增量过程. 它们都属于所谓的独立增量过程 独立增量过程(independent increment process) 一、 独立增量过程 给定二阶矩过程 { X(t),t≥0 } 我们称随机变量 X(t)-X(s),0≤s<t 为随机过程在 (s , t] 的增量 如果对 的增量.如果对 任意选定的正整数n和任意选定的 任意选定的正整数 和任意选定的0≤t0<t1<t2<…<tn, 和任意选定的 n个增量 1)-X(t0),X(t2)-X(t1), …,X(tn)-X(tn-1)相互 个增量X(t 个增量 相互 独立,则称 为独立增量过程. 独立 则称 {X(t),t≥0}为独立增量过程 为独立增量过程 直观地说,它具有 在互不重叠的区间上,状态 它具有“ 直观地说 它具有“在互不重叠的区间上 状态 的增量是相互独立的”这一特征. 的增量是相互独立的”这一特征
机动
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4-泊松过程

n kn1
k1 !(k2 k1 )!(kn kn 1 )!
12
二、泊松过程的数字特征与一维特征函数
设 {N (t ), t 0} 是强度为 的泊松过程,则
1. 均值函数 mN (t ) E( N (t )) t 2. 方差函数 DN (t ) D( N (t )) t
[例1] 设 N (t )为[0,t)时段内某电话交换台收到的
呼叫次数, t [0, ),N (t ) 的状态空间为 {0,1, 2,},
且具有如下性质: (1) N (0) 0,即初始时刻未收到任何呼叫; (2)在[t,s)这段时间内收到的呼叫次数只与 时间间隔s-t有关,而与时间起点t无关; (3)在任意多个不相重叠的时间间隔内收到
注:(4)中实际上假设了在足够小的时间间隔 内出现一个质点的概率与时间间隔成正比,而 出现质点数不少于2的概率是关于时间间隔的 高阶无穷小——这一般是与实际情况相吻合的。
思考:试举个例子是计数过程而不是泊松过程。
9
[定理1]设 {N (t ), t T [0, )}是一强度为 的泊 松过程,则对任意固定的 t 0,N (t ) 服从泊松 一维分布 分布 (t ) ,即 k
P{N (t1 ) N (0) k1, N (t2 ) N (t1 ) k2 k1,, N (tn ) N (tn1 ) kn kn1}
P{N (t1 ) N (0) k1} P{N (t2 ) N (t1 ) k2 k1} P{N (tn ) N (tn 1 ) kn kn 1}
2 1
则称{N (t ), t T [0, )}是强度为 的泊松过程。
k!
泊松过程与广义泊松过程的比较论文素材

泊松过程与广义泊松过程的比较论文素材泊松过程与广义泊松过程的比较引言:泊松过程和广义泊松过程是概率论中常见的两个概念,它们在描述随机事件的过程中起到了重要的作用。
本文将对泊松过程和广义泊松过程进行比较和探讨,以进一步理解它们在实际应用中的差异和优势。
1. 泊松过程的定义和特性:1.1 定义泊松过程是一种在连续时间和集合上的随机过程,其发生的事件满足无后效性和稀疏性的特点。
泊松过程可以用于描述到达某一系统的事件或物体的数量,如电话呼叫、交通流量等。
1.2 特性泊松过程具有以下重要特性:- 事件之间的时间间隔满足指数分布;- 事件的数量在不同时间段内是独立的;- 两个事件之间的时间间隔与前一个事件的发生时间无关。
2. 广义泊松过程的定义和特性:2.1 定义广义泊松过程是泊松过程的一种扩展,它考虑了事件的强度在时间和空间上的变化。
广义泊松过程适用于描述事件强度随空间位置和时间变化的情况,如无线通信网络中的信号强度分布、地理信息系统中的事件点分布等。
2.2 特性广义泊松过程相较于泊松过程,具有以下特性:- 事件的强度在空间和时间上是可变的;- 事件之间的时间间隔满足一般的分布,不一定满足指数分布;- 事件的数量和强度之间可能存在相关性。
3. 泊松过程与广义泊松过程的比较:3.1 适用范围泊松过程适用于数量稀疏、时间间隔独立的事件模型,如电话呼叫、交通流量等。
而广义泊松过程则更适用于事件强度随空间和时间变化的情况,如信号强度分布、事件点分布等。
3.2 事件间隔分布泊松过程中,事件之间的时间间隔满足指数分布,即事件发生的概率在不同时间间隔内是相等的。
而广义泊松过程中,事件之间的时间间隔不一定满足指数分布,可以根据实际情况采用更一般的分布形式。
3.3 事件的强度变化泊松过程中事件的强度是恒定的,不随时间和空间变化。
而广义泊松过程中,事件的强度可以随时间和空间的变化而变化,更贴近实际场景中事件强度的变化情况。
3.4 相关性泊松过程中事件的数量和事件的强度是相互独立的,没有相关性。
马尔可夫过程和泊松过程

n
Pij (n) fij (m)Pj j (n m) m1
给出了fij(n)和Pij(n)的联系 fij (n) ----自状态i出发,经n步首次到达状态j的概率。 Pij (n) ----自状态i出发,经n步到达状态j的概率。 定理:fij>0的充要条件是ij
马尔可夫过程与泊松过程
7.1 马尔可夫链
定义 状态和时间参量都是离散的随机过程,在tr 时刻状态已知的条件下,其后tr+1时刻所处的状态 只与tr时刻的状态有关,而与以前tr-1、tr-2……时 刻的状态无关,则该过程称为马尔可夫链。
P xn ;tn xn1, xn2 ,, x1;tn1, tn2 ,, t1 P xn ;tn xn1;tn1
反射壁
1/2
1/2
1
1/2
1/2
1/2
a1
a2
a3
a4
a5
1/2
状态转移图和 状态转移矩阵 一一对应
1/2
1/2
1
0 1 0 0 0
1 2 0 1 2 0
0
P n, n 1 0 1 2 0 1 2 0
0
0 1 2 0 1 2
0 0 0 1 0
p(n) PT (s, n)p(s) PT (n s)p(s)
p(n k) PT (k, k n)p(k) PT (n)p(k) πnp(k)
p(2) πp(1)
π PT (1)
主讲教师:罗鹏飞教授
马尔可夫过程与泊松过程
平稳链
如果齐次链的状态概率都相同,即p(n)=p(1),
泊松过程的q矩阵

泊松过程的q矩阵泊松过程是一种重要的随机过程,它在许多实际问题的建模和分析中被广泛应用。
在泊松过程的研究中,q矩阵是一个关键概念,它描述了泊松过程中状态之间的转移概率。
本文将围绕泊松过程的q 矩阵展开讨论,详细介绍其定义、性质和应用。
我们来了解一下泊松过程。
泊松过程是一种在连续时间和离散状态空间下的随机过程,它具有无记忆性和独立增量性的特点。
在泊松过程中,事件的到达是随机的,并且事件之间的间隔时间服从指数分布。
泊松过程的q矩阵描述了在一个时间段内状态之间的转移概率,它是一个方阵,其中的元素表示从一个状态到另一个状态的转移概率。
q矩阵的定义如下:```q(i,i) = -λ(i),i ≠ jq(i,j) = λ(i)p(i,j),i ≠ j```其中,q(i,j)表示从状态i到状态j的转移速率,λ(i)表示状态i 的到达速率,p(i,j)表示从状态i到状态j的转移概率。
接下来,我们来讨论一下q矩阵的性质。
首先,对于任意的i,有∑j≠iq(i,j) = 0。
这是因为在泊松过程中,一个状态只能转移到其他状态,而不能转移到自身。
其次,对于任意的i,有q(i,i) =-∑j≠iq(i,j)。
这是因为从状态i出发的转移速率等于从其他状态转移到状态i的转移速率之和的相反数。
最后,q矩阵的对角线元素q(i,i)等于状态i的到达速率的相反数。
q矩阵在泊松过程的建模和分析中起着重要的作用。
通过求解q矩阵,我们可以得到泊松过程的稳态解和瞬态解。
对于稳态解,我们可以求解出泊松过程在不同状态下的平均停留时间和平均到达时间。
对于瞬态解,我们可以求解出泊松过程在不同状态下的瞬时概率和瞬时速率。
除了在泊松过程的分析中,q矩阵还有广泛的应用。
例如,在通信网络中,泊松过程可以用来描述消息的到达和离开过程,而q矩阵可以用来计算网络中的消息传输概率和平均传输时间。
在排队论中,泊松过程可以用来描述客户的到达和离开过程,而q矩阵可以用来计算队列长度和平均等待时间。
泊松过程

泊松过程
• 一个计数过程N(t1,t2),若当Δt→0时,对时 间轴上的任何t(≥0)满足下列条件,则称该 计数过程为泊松过程:
– P(N(t,t+Δt)=1)=λΔt – P(N(t,t+Δt)>1)=o(Δt)
– P[N(s,s+t)=m|N(s1,s1+t1)=n] = P[N(s, s+t)=m], 其中s1+t1 ≤s – 进一步,有:
• P[N(s+t)-N(s)=m|N(s)=n]= P[N(s+t)-N(s)=m]= P[N(t)=m]
泊松过程的数字特征
• 数学期望:
– EN(t)=∑(m P(N(t)=m)) =λt m=0.. ∞
第3章
到达过程分析
第一节
泊松过程
二项分布
• 定义:若有随机试验E,样本空间S,随机 事件A,且PA=p,随机变量ξ为n次独立的 试验中A出现的次数,则其所服从的分布称 为二项分布 • 特点:离散型、取值范围0-n、2个参数 • 当n=3时的情况 • 一般情况下的概率分布公式:
– P(ξ=m)=Cnmpmqn-m q=1-p
随机过程简介
• 定义:一个以实数t为参数的随机变量族, 其中t称为时间,随机变量的取值称为状态 • 独立同分布的随机变量族是随机过程的一 个特例 • 基于时间与状态的取值特点进行的分类:
– 时间离散状态连续:Ws(t) – 时间连续状态离散:Ls(t) – 时间离散状态离散 – 时间连续状态连续
计数过程
指数分布的无后效性
• 定义:随机变量ξ如果在其定义范围内满足 P(ξ≤x0+x|ξ>x0)=P(ξ≤x)=F(x),则称该随机 变量具有无后效性。(non-negative) • 举例说明 • 无后效性又称马尔可夫特性(Markovproperty) • 定理3.1:指数分布的随机变量具有无后效 性
空间泊松过程

空间泊松过程空间泊松过程空间泊松过程是一种重要的随机过程,广泛应用于统计物理、金融数学、生态学以及通信网络等领域。
它描述了在空间上随机分布的点过程,具有一定的随机性和规律性。
1. 空间泊松过程的定义和特性空间泊松过程是一种以空间中的点为对象的随机过程。
它的定义可以简单描述为:在给定的空间区域内,点的分布是独立的,并且满足泊松分布。
具体来说,空间泊松过程具有以下几个重要特性:- 独立性:空间泊松过程中的每个点是独立的,不受其他点的影响。
- 均匀性:空间泊松过程中的点在空间中的分布是均匀的,不存在聚集现象。
- 可计数性:空间泊松过程中的点的数量是可数的。
2. 空间泊松过程的概率密度函数在空间泊松过程中,我们可以用概率密度函数来描述点的分布情况。
对于一个空间区域Ω,概率密度函数f(x)表示单位面积/体积内点的平均密度。
概率密度函数f(x)满足以下条件:- 非负性:f(x)≥0,对于所有的x∈Ω。
- 归一性:∫Ωf(x)dx=λ,其中λ是单位面积/体积内点的平均数。
3. 空间泊松过程的实例空间泊松过程的应用非常广泛。
以下是一些空间泊松过程的实例:- 通信网络:空间泊松过程可以用于描述无线通信网络中用户的分布情况,分析网络的容量、覆盖范围等问题。
- 生态学:空间泊松过程可以用于描述动物或植物个体的分布情况,研究种群的生态学特征和相互作用。
- 金融数学:空间泊松过程可以用于模拟金融市场中的随机事件,例如股票价格的变动和交易订单的流动等。
4. 空间泊松过程的推广除了标准的空间泊松过程,还有一些泊松过程的推广模型,如扩展泊松过程和簇状泊松过程等。
这些推广模型在实际应用中更能符合实际情况的需求。
扩展泊松过程是一种具有非均匀密度的泊松过程。
它可以用于描述某些区域内分布不均匀的现象,如城市中人口密度分布的不均匀性。
簇状泊松过程是一种具有聚类特性的泊松过程。
在簇状泊松过程中,点的分布存在聚集现象,即存在一些区域较为密集的簇。
关于泊松分布与纯生过程

关于泊松分布与纯生过程泊松分布与纯生过程是概率论和随机过程中重要的概念和理论。
它们在众多领域中都有广泛的应用,如流量控制、排队论、遗传学、地震学、金融学等等。
本文将详细介绍泊松分布和纯生过程的定义、性质和应用。
我们来了解泊松分布。
泊松分布是一种概率分布,用于描述单位时间或单位空间内随机事件发生的次数。
泊松分布的定义是,对于一个固定时间间隔或空间区域,事件的发生是独立且以固定的平均速率发生的,那么事件发生的次数就符合泊松分布。
泊松分布的概率质量函数为:P(X=k)=e^(-λ) * λ^k / k!,其中λ是事件发生的平均次数,e是自然对数的底。
泊松分布有一些重要的性质。
期望是λ,方差也是λ。
这意味着泊松分布的概率分布比较“集中”,不会出现明显的偏移或尖峰。
泊松分布是无记忆的,也就是说,事件的发生与之前的发生历史无关。
这个特性在很多问题中是非常有用的,例如在排队论中,一个顾客离开队列后,下一个顾客到达的时间间隔与之前的等待时间无关。
当事件发生的概率非常小,且事件的平均发生次数趋于无穷大时,泊松分布可以近似为二项分布。
泊松分布被广泛地应用于各种实际问题中。
其中一个常见的应用是在流量控制中,用于描述单位时间内数据包的到达率。
另一个应用是在排队论中,用于描述顾客到达和服务的过程,从而分析系统的性能指标。
泊松分布也可以用于描述地震的发生次数、金融市场中的交易频率等。
接下来,我们将介绍纯生过程。
纯生过程是一个随机过程,其状态在离散时间点发生改变,并且转移概率只与当前状态有关,而与过程的历史无关。
纯生过程可以看作是没有记忆的过程,每个状态转移的概率只由当前状态决定,而不受之前状态的影响。
纯生过程有许多不同的类型。
马尔可夫链是一种特殊的纯生过程,其状态空间是有限的。
连续时间马尔可夫链是一种在连续时间下定义的纯生过程。
布朗运动是一种连续时间的纯生过程,具有连续的时间轴和连续的状态空间。
纯生过程还包括泊松过程、指数过程、内禀马尔可夫链等等。
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The Spatial Poisson Process
Consider a spatial configuration of points in the plane:
Notation:
Let S be a subset of R2. (R, R2, R3,…)
Using p=0.9, p1=0.7, and p2=0.8, explore the values of 1 and 2 that will give the insect population a 95% chance of surviving. Use the hugely simplifying assumption that there is no time component to this process (and, in particular, that offshoot plants do not have further offshoots)
for n1+n2+…+nm = n.
n1
n2
nm
(Multinomial distribution)
Simulating a spatial Poisson pattern with intensity over a rectangular region S=[a,b]x[c,d]. simulate a Poisson( ) number of points
In fact, for any B A , we have
|B| P(N(B) 1| N(A) 1) |A |
Proof:
P(N(B) 1, N(A) 1) P(N(B) 1| N(A) 1) P(N(A 1))
P(N(B) 1, N(A BC ) 1) P(N(A 1))
|B| e e -|A| |A |e
- |B|
- |A BC|
|B| |A |
So, we know that,பைடு நூலகம்for k=0,1,…,n:
n |B| P(N(B) k | N(A) n) k |A |
k
|B| 1 - |A |
Then {N(A)}A A is a homogeneous Poisson point process with intensity 0 if: For each A A , N(A) ~ Poisson( |A|) .
For every finite collection {A1, A2, …, An} of disjoint subsets of S, N(A1), N(A2), …, N(A3) are independent.
Let A be the family of subsets of S.
For A A , let |A| denote the size of A. (length, area, volume,…) Let N(A) = the number of points in the set A. (Assume S is normalized to have volume 1.)
e-|A|( |A |)k P(N(A) k) k!
for k=0,1,2,…
Consider a subset A of S: There are 3 points in A… how are they distributed in A?
A
Expect a uniform distribution…
P(N(A) 1) |A| o(|A|)
iv. There is probability zero of points overlapping:
P(N(A) 1) lim 1 |A|0 P(N(A) 1)
If these axioms are satisfied, we have:
Rather than drawing uniformly distributed locations for the seeds, we can simulate the numbers for each quadrat separately (and ignore locations) using the fact that each quadrat will contain Poisson( pii /100) germinating seeds.
Tips on simulating this:
Keep in mind that we don’t really have to keep track of where the individual plants are, only the number in each quadrat. Note that we don’t have to consider germination of the plants as a second step after the arrival of the seeds– instead consider a thinned Poisson number of plants of Type i with rate pii .
p
)
So, the surviving seeds continue to be distributed “at random”.
Simulation Problem:
Two types of seeds are randomly dispersed on a one-acre field according to two independent Poisson processes with intensities 1 and 2 . Type 1 and type 2 seeds will germinate with probabilities p1 and p2, respectively. Type 1 plants will produce K offshoot plants on runners randomly spaced around the plant where K~geom(p). (P(K=0)=p) Suppose that the one-acre field is evenly divided into 10x10 quadrats.
- U e i i 1 N 1
(perhaps by finding the smallest number N such that)
scatter that number of points uniformly over S
(for each point, draw U1, U2, indep unif(0,1)’s and place it at ((b-a)U1+a),(d-c)U2+c)
N(A1 U A2 U … U An) = N(A1) + N(A2) + … + N(An)
ii. The probability distribution of N(A) depends on the set A only through it’s size |A|.
iii. There exists a 0 such that
Suppose now that the probability that a seed germinates is p and that they are not sufficiently packed together to interact at this stage.
Question: What is the distribution of the number of germinated seeds? Answer: This is a thinned Poisson process… with rate p . (accept probability is
n -k
ie: N(B)|N(A)=n ~ bin(n,|B|/|A|)
Generalization:
For a partition A1, A2, …, Am of A:
P(N(A1 ) n1, N(A2 ) n2 , ... , N(Am ) nm | N(A) n)
|A 1 | |A 2 | |A m | n! n1! n2 !nm ! |A | |A | | A |
Alternatively, a spatial Poisson process satisfies the following axioms: i. If A1, A2, …, An are disjoint regions, then N(A1), N(A2), …, N(An) are independent rv’s and
Assume that the number of offshoot plants that fall into a quadrat different from their parent plants is negligible. A particular insect population can only be supported if at least 75% of the quadrats contain at least 35 plants.
For x>0,
FD (x) P(D x) 1 - P(D x)
1 - P(no other particles in disk centered 2 at the particle with area x )
1- e