遍历状态

更新时间:2024-05-07 18:19

遍历状态指的是非周期的正常返状态。注意这里的遍历性指过程无指定间歇地、频繁地返回,是一个状态的性质,这与平稳过程的遍历性是不同的。

术语定义

根据状态分类的定义,所有状态分为非常返态和常返态两类。

非常返状态亦称瞬时状态,换句话说,马尔可夫链的状态 称为非常返的,如果链从状态 出发,它将以正的概率不再返回 。常返状态亦称必回状态,是马氏链将无限次地返回的状态。设 是齐次马尔柯夫链 的一个状态。如果链自 出发即 ,最终将命中 的概率 ,则称为链的必回状态。对必回状态 ,链自 出发必然无限次的返回 ,故而称为常返状态。

简单的说,对于任一状态 ,设 为过程从状态 出发,在未来某一时刻再次返回状态 的概率。如果 ,那么称状态 是常返的,如果 ,那么称状态 是非常返的。

常返状态又进一步分为正常返状态和零常返状态,其中正常返状态包括周期状态和非周期状态。

遍历性

在电力运行、机械加工、大规模的劳动组织等生产过程中,常常会遇到这样的情况,情况,即不管系统的初始状态如何,在经历了一段时问以后,系统就会处于统计平衡状态(Statistical Equilibrium)。这种情况就是数学中所谓的遍历性问题,遍历性问题是马氏链理论的一个重要部分。

现给出遍历性问题的严格数学定义:

设为齐次马氏链的 步转移概率,如果对一切 ,存在不依赖于 的极限

则称马氏链具有遍历性。若构成一个概率分布,则称该马氏链存在着极限分布。

通过上文还得出了两个不加证明的遍历定理,它们解决了在怎样的条件下齐次马氏链具有遍历性以及求极限分布 的方法。

遍历定理

(1)对于有限状态齐次马氏链,如果存在正整数 ,并且对所有的 都有 成立,则该马氏链必具有遍历性,且 中的即为极限分布,它是方程组 满足条件 的唯一解。

(2)不可约非周期的可列状态齐次马氏链存在平稳分布的充要条件是,这个链的所有状态都是正常返的,且这时极限分布是唯一的平稳分布。

周期状态和非周期状态

称正整数集合 的最大公约数为状态 的周期,记之为 。或者说,状态 是具有周期 的周期性状态。特别地,当 时,则称状态 是无周期的。当 为空集时,不考虑 的周期。

例如,过程从状态 出发,若只有当 时,过程才有可能返回状态 ,那么取 的最大公约数 ,则 是过程的周期。这时,我们说过程是周期性的,或说状态 是周期性状态。

若 是周期为 的周期性状态,则仅当 时,才存在 ,或者说,除了 以外,则均有 。

如果除了 以外,各 值中没有其他公约数能使 ,则称状态 是非周期的。

非周期的正常返态称为遍历状态。

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