遍歷性

遍歷性

在電力運行、機械加工、大規模的勞動組織等生產過程中,常常會遇到這樣的情況,即不管系統的初始狀態如何,在經歷了一段時問以後,系統就會處於統計平衡狀態(Statistical Equilibrium),這種情況就是數學中所謂的遍歷性問題,遍歷性問題是馬氏鏈理論的一個重要部分。

基本信息

定義

遍歷性 遍歷性
遍歷性 遍歷性
遍歷性 遍歷性
遍歷性 遍歷性
遍歷性 遍歷性
遍歷性 遍歷性

設 為齊次馬氏鏈 的k步轉移機率,如果對一切i,j,存在不依賴於i的極限 則稱馬氏鏈 具有遍歷性,若 構成一個機率分布,則稱該馬氏鏈存在著極限分布 。

遍歷定理

定理1

遍歷性 遍歷性
遍歷性 遍歷性
遍歷性 遍歷性
遍歷性 遍歷性
遍歷性 遍歷性
遍歷性 遍歷性
遍歷性 遍歷性

對於有限狀態齊次馬氏鏈,如果存在正整數s,並且對所有的 都有 成立,則該馬氏鏈必具有遍歷性,且式 中的 即為極限分布,它的方程組 滿足條件 , 的唯一解。

定理2

遍歷性 遍歷性

不可約非周期的可列狀態其次馬氏鏈存在平穩分布的充要條件是,這個鏈的所有狀態都是正常返的,且這時極限分布 是唯一的平穩分布。

例題分析

1.在一計算機系統中,每一循環具有誤差的機率取決於先前一個循環是否有誤差。以0表示誤差狀態,以1表示無誤差狀態,且狀態的一步轉移機率矩陣為

遍歷性 遍歷性

試說明相應齊次馬爾可夫鏈是遍歷的,並求其平穩分布:

(1)用定義解;

(2)引用遍歷性定理解。

解:

(1)因為

遍歷性 遍歷性
遍歷性 遍歷性
遍歷性 遍歷性
遍歷性 遍歷性

由定義知,此鏈具有遍歷性,其穩態機率為

遍歷性 遍歷性

(2)由定理知因為的腹元均大於0,故此鏈具有遍歷性,且其穩態機率滿足等式

遍歷性 遍歷性
遍歷性 遍歷性
遍歷性 遍歷性

解得 ,即平穩分布 。

2. 設齊次馬爾可夫鏈的一步轉移機率矩陣為

遍歷性 遍歷性

證此鏈不是遍歷的。

解:因為

遍歷性 遍歷性
遍歷性 遍歷性
遍歷性 遍歷性

故對於任意的n, ,且 ,故此鏈不是遍歷的。

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