Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

TV1

.PDF
Скачиваний:
11
Добавлен:
19.03.2015
Размер:
524.56 Кб
Скачать

F1 Теорія імовірності, перший семестр

P

n

 

 

1

 

 

 

 

 

1 p11

 

1 p00

 

==

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 p11

 

1 p00

 

 

 

 

 

 

 

 

n→ ∞

2 p00

p11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pi(0n)

 

 

1

p11

 

, і=0,1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

p00 p11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pi(1n)

 

 

1

p

00

 

==

 

π 1

π

2

 

, {π 1 ,π 2

} ергодичний розподіл.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

p00 p11

 

π 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лема Для незвідного неперіодичного Ланцюга Маркова X

n

, n 0

n : Pn0

> 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

Розглянемо ланцюг Маркова X n зі скінченою множиною станів.

Теорема. Для незвідного неперіодичного Ланцюга Маркова X n , n 0 із скінченою

 

 

 

 

 

множиною станів {1,..., r} існує ергодичний розподіл π =

(π 1 ,...,π r ) , які є

 

 

 

 

 

границями

lim p

 

(n)

 

π

 

 

> 0, j =

 

, і крім того вектор π є єдиним

 

 

 

 

 

ij

j

1,r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n→ ∞

 

 

 

 

 

 

n→ ∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

розв’язком системи лінійних рівнянь такого типу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x j

=

xk

pkj , j =

1,..., r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

1

умова

нормування

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

xk = 1, абоpik

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

◄ Розглянемо P(n)

= Pn - матриця переходу. Візьмемо j-ий стан,

визначимо два числа

 

 

 

 

 

M

j

(n) =

 

max p

( n)

; m

(

n)

=

min p(

)n ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ij

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

ij

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m j (n) pkj( n)

M j(

n)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Запишемо рівняння Чепмена-Колмогорова

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pij (n + 1)

 

 

 

 

r

 

 

 

pkj( n) . Звідси m j (n)

 

 

pij( n + 1)

M (j n)

 

 

 

 

=

pik

 

 

 

m j (n)

 

 

 

k= 1

 

 

 

 

pij(

 

 

 

 

 

 

M(j

 

 

 

 

M(j )n . Тоді існують границі величин

m j( n + 1)

n +

1)

 

n + )1 ≤

lim m j (n),lim M j( n)

при n → ∞

 

 

. Розглянемо k-ий стовпчик pik (n +

n0 ) і нехай “i” та ”j”

індекси, на яких досягається максимум та мінімум.

 

 

 

 

 

 

 

pik (n +

 

n0 ) =

M k( n +

n0)

 

(за рівнянням Чепмена-Колмогорова )

 

 

 

p jk (n + n0 ) = mk( n + n0)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

k

(n + n

 

) = p

ik

( n + n ) =

 

p ( n) p ( )n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

il

0

lk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(n + n

) = p

 

( n + n )

 

 

 

l

 

 

p ( n) p( )n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

k

jk

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

jl

0

 

lk

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Розглянемо різницю між максимумом та мінімумом :

 

 

 

 

M

k

(n + n

0

)

 

m

( n + n )

=

(p

il

(n

)

p

jl

( n ) )

p

lk

(n) =

+ +

( суми з додатними та

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

0

 

 

 

 

0

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

l

 

 

від’ємними компонентами). Якщо підсилити додатну суму максимумом ,а від’ємну мінімумом, то отримаємо :

M

k

(n +

n

0

)

m

( n +

n )

M ( n)

+ (p(

n)

p(

n)

0

) +

m

k

(n)

(p

( n )

p ( n) )

(***)

 

 

 

 

k

 

0

k

il

0

jl

 

 

 

 

il

0

jl 0

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оскільки ( pil (n0 )) = 1 та (p jl (n0 ))

= 1, запишемо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l = 1

 

 

 

l = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

31

 

 

 

 

F1 Теорія імовірності, перший семестр

0 = r (pil (n0 )

p jl( n0) ) = +

+

. Звідси випливає, що + = − , тобто

l= 1

 

 

 

 

+ (pil (n0 ) p jl( n0) ) = dij <

1 . Число станів скінчене тож d = max dij < 1

l

 

 

 

i, j

n0 ) mk( n +

n0)

 

d (M k( n) m(k )n ) .

(***) M k (n +

Рекурентним чином отримаємо 0

Звідси max = min , та mk (n) pik( n)

M k (n) − ≤ M k( n)

mk( n)

, тобто

n

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

 

0

 

 

 

 

d 0

 

,

 

 

 

, d < 1, n > n

 

.

 

 

0

 

 

 

 

n→ ∞

 

 

 

 

 

 

 

n0

 

 

 

 

 

 

lim pik (n)

. Звідси π k =

lim pik (n)

 

n→ ∞

 

 

 

 

 

 

n→ ∞

 

 

pij (n + 1) =

14243

π j

r

π

j =

pik( n) pkj( 1)

 

 

n

 

k= 1

π

 

 

k = 1

r

pik (n) pkj k = 1

j = 1

 

 

 

r

 

Припустимо x1 ,..., xn

x j

=

xk pkj

(*). По індукції покажемо, що

задовольняють систему

 

k = 1

 

 

=

π j

 

 

x j

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

вектор ( x1 ,..., xn ) задовольняє рівняння x j = xk pkj (n)

(**)

 

 

 

 

 

 

 

k = 1

r

 

 

 

 

 

 

 

r

r

r

r

n)

r

)n

 

 

Розглянемо xk

pkj (n + 1) = xk pkl plj( n) =

xk pkl plj(

= xl p(lj

=

x j

k = 1

k = 1

l= 1

l= 1 k= 1

 

 

l= 1

 

(**)

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При n → ∞ в (**)

x j = xk π

j = π j . Це і доводить єдиність розв’язку системи

 

 

k = 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

лінійних рівнянь для стаціонарних ймовірностей. ►

Ланцюги Маркова з неперервним часом

Нехай визначено (, U, P) – деякий імовірнісний простір. Розглянемо у ньому множину

Xt =

 

Xt (w) випадкових величин , t – час, t [0,+∞

) , X = {0,1,...} .

Сукупність випадкових величин Xt , t

0 є ланцюгом маркова (лМ) з неперервним часом,

якщо, для будь-якого набору 0

t1 < ... <

tk , і чисел i1 ,...,ik Ζ , ймовірність

P{Xt

k

= ik /Xt

k

=

ik 1 ,..., Xt =

i1 } =

P{Xt

k

= ik /Xt

=

ik 1}

 

 

1

 

1

 

 

 

k 1

 

Функції pij (s,t) =

P{ Xt =

j/X s

= }i

є перехідними ймовірностями лМ Xt

Якщо pij (s,t) =

pij( t s)

, то лМ є однорідним

 

 

Позначення: pij (t) - перехідні ймовірності однорідного лМ Надалі будемо вивчати саме однорідні лМ.

32

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F1 Теорія імовірності, перший семестр

 

 

Властивості перехідних ймовірностей:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. pij (t)

0,

i, j

X

вони невід’ємні.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+∞

(t) = 1, i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. pij

X .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Задовольняють рівнянням Чепмена-Колмогорова: pij (t +

s) =

+∞

)t 0

 

 

pi k( t) pk (j

 

 

Якщо w = w0 – фіксоване, то функція Xt (w0 )

 

 

X( t)

 

 

 

 

 

 

k = 0

 

 

 

 

=

 

є вибірковою функцією лМ, або його

 

 

траєкторією.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Будемо розглядати ланцюги Маркова , для яких траєкторії є неперервними справа

 

 

функціями з ймовірністю 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лема: Якщо траєкторія лМ Xt

, t

0 - неперервна справа з ймовірністю 1, то

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

limpij (t) =

1,i =

 

 

j =

δij

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t0

 

0,i j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+∞

 

+∞

 

 

 

 

 

 

 

 

X0} =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

◄ З умови леми випливає, що UI{w : Xtk

 

=

0 , де X0

– початковий стан лМ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m= 1k = m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

inf Xk

= X0 , tk 0 Отже

0

– достовірна подія, і P{

0} =

1. Тобто

 

 

 

 

1 =

 

lim P +∞

{w : X

tk

=

 

 

X

}

limP{X

tm

= X

0

/ X

0

= i}

=

lim p

ii

(t

m

)

 

 

 

 

 

 

m→ ∞

 

 

 

 

I

 

 

 

0

 

m→ ∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m→ ∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k = m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

limpii (tm )

1

 

 

limpii (tm )

=

1.►

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m→ ∞

 

 

 

 

 

 

 

 

m→ ∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛМ, для якого limpij (t) =

1,i =

j

=

δij називається стохастично-неперервним ланцюгом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t0

 

 

 

 

 

0,i

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорема: Для стохастично - неперервного лМ pij (t)

– рівномірно-неперервні по t.

 

 

◄ Розглянемо pij (t +

 

h)

pij( t)

 

+∞

 

 

h) pk(j )t

 

 

p(ij)t

 

pij (t)(pii( h) 1) + pi k( h) pk (j )t .

 

 

 

=

pi k(

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k =

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k i

 

 

 

 

Отже:

 

pij (t +

h)

pij( t)

 

 

1 pii (h) +

pi k( h)

 

=

2(1 pii(

h)

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рівняння Колмогорова для лМ з неперервним часом

 

 

Рівняння Колмогорова дають можливість знаходити перехідні ймовірності лМ з

 

 

неперервним часом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pi k (h)

δi k

 

 

 

 

 

Для лМ з неперервними справа траєкторіями

 

 

lim

= pi' k (0) =

ai k , які

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n0

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

називаються інфінітезимальними характеристиками лМ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q =

 

 

 

aij

 

 

 

 

інфінітезимальна матриця лМ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i, j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

aij

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сума елементів по рядках матриці Q =

 

 

 

 

 

дорівнює 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i, j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теорема: Якщо траєкторії лМ Xt , t

0 – неперервні справа, тоді має місце

 

 

 

 

перша система рівнянь Колмогорова (обернена): pij'

(t) =

ai k pk j( t) , pij (0)

= δij

 

k

33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F1 Теорія імовірності, перший семестр

◄ Як завжди розглянемо приріст функції, щоби потім перейти до похідної

 

 

 

 

 

1

(pij

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

) ai k pk j (t)

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(t

+ h) pij( t)

=

 

 

 

 

 

 

 

pi k

(h) pk j( t)

 

 

pij( )t

 

ai k pk(j )t =

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

(pi k (h)

δi k

ai k h) pk j( t)

виберемо стан n >

i .Тоді можлива оцінка:

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pij

(t + h)

pij( t)

 

 

ai k pk j (t)

 

 

p

 

i k

(h)

δ

i k

ai k

 

 

+

 

p

i k

(h)

+

ai k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(h)

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k > n

 

 

 

 

 

 

k > n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

i k

 

 

1

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

pi k (h)

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

pi k

(h)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Так як

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

1

 

 

 

+

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

1

+

0 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

h

 

h

 

 

h

 

 

 

h

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k > n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k > n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

pi k (h)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pi k (h) δin

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= −

 

 

 

 

 

1 +

ai k + ai k = −

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ai k

 

+ ai k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

kn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k > n

 

 

 

 

 

kn

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k > n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Звідси випливає:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pij

(t + h)

pij(

t)

 

 

ai k pk j (t)

 

2

 

p

i k

(h) δ

i k

ai k

 

+ 2ai k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k > n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для всіх t

одночасно можна перейти до границі по h

 

 

 

 

 

pi k (h)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

pi k (h)

δi k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

δi k

 

 

 

 

 

 

 

Так як lim

 

=

 

 

ai k , то звідси випливає, що lim

 

ai k

= 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n0

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h0 k n

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Далі

 

 

pij (t +

 

h)

 

pij( t)

 

 

ai k

pk j (t)

 

2ai k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k> n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

А так як

a

 

 

=

 

0 , то

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

0 . Звідси

d +

 

p

ij

(t) =

 

a

i

k

p

k

( t)

, де d +

– права

i k

 

 

i k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n→ ∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k > n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

похідна. За умови, що лМ неперервний справа pkj (t)

є неперервними справа функціями,

тому права похідна неперервна, тому вона є просто похідною. Отже p(t) =

a

i k

p

( t) .►

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ij

 

 

 

k j

У матричному вигляді P' (t) =

 

AP( t) , P(0) =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

I , де

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A – матриця інфінітезимальних характеристик ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

І – одинична матриця, P(t) =

 

p

 

(

 

t)

 

 

 

+∞

 

, A =

 

a

ij

 

+∞

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ij

 

 

 

 

 

 

 

i, j= 0

 

 

 

 

 

 

 

i, j= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Твердження: Для ланцюга Маркова з неперервною справа траєкторією Xt ,t

0 існує

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

lim

 

pij (h)

δij

 

 

=

 

aij

, де aij

– інфінітезимальні характеристики ланцюга

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Маркова, і виконується aij

= 0, i .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Давайте визначимо : Λ - зліченна множина, скрізь щільна на[0,

] .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Момент виходу з початкового стану τ =

inf {t : X t

=

 

 

X 0}

 

- випадкова величина.

 

 

 

 

Покажемо це.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I{ω

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

{ω

:τ

t}

=

 

 

I{

ω

: X s =

 

 

X}0

=

 

 

 

 

 

 

 

: X s

=

X 0}

 

U , отже, τ - випадкова величина (так як

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

[0,t )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

s

Λ

I[

0,t

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вона вимірна стосовно U). τ > 0 з ймовірністю 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Якщо

a

ii

=

 

0, то час перебування в стані “і” має показниковий розподіл з параметром

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

aii : τ ~ E(aii ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Якщо aii

=

 

0 ,то стан “і” є поглинаючим тобто X t , t

 

 

0 раз потрапивши в цей стан

 

 

залишиться в ньому назавжди.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

34

F1 Теорія імовірності, перший семестр

Ланцюг Маркова з неперервним часом X t у випадку якщо він є однорідним і неперервним справа має наступну конструкцію: якщо X 0 = i , то л. М. Xt знаходиться в стані “і” час

τ ~ E(-α

ii

) В момент часу τ ланцюг переходить з ймовірністю π

ij

= −

aij

в стан “j” і

 

1

1

 

aii

 

 

 

 

 

 

 

знаходиться там випадковий інтервал часу τ2 ~ E(a jj ) , тобто π ij

- це ймовірність того, що

після виходу зі стану “i” процес безпосередньо попадає в стан ”j”. В момент часу (τ1 + τ2 )

з ймовірністю π

jk

= −

a jk

 

переходить в стан “к” і знаходиться там часτ ~ E(a

kk

) .

 

 

 

 

a jj

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j π ij

π jk

 

π ks

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

τ1

τ1 + τ2 τ1 + τ2 + τ3

 

 

 

t

 

 

Функція розподілуτ1 має вигляд:

 

 

 

 

 

 

P{τ u} = 1e(aii )u ,u 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

ˆ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

Xτ1+ ...+ τn

, n ≥ 0 - значення ланцюга Маркова в момент n- того стрибка

Розглянемо X n

(вкладений в ланцюг Маркова X t

) . Це буде ланцюг з дискретним часом. Він має матрицю

переходу за один крок:π =

 

 

 

π ij

 

 

 

+ ∞

,π ij =

 

aij

. Його особливістю є те, що π ii = 0 .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ij= 0

 

aii

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Друга (пряма) система диференційних рівнянь Колмогорова

Теорема Якщо виконується умова sup(aii ) < ∞ , i , тоді перша система рівнянь Колмагорова має єдиний розв’язок і має місце друга (пряма) система диференційних

рівнянь Колмагорова: p(t) =

p (t)a

kj

, p

ij

(o) = δ

ij

тобто P(t) = P(t)A;

ij

ik

 

 

 

 

k

 

 

 

 

 

 

Друга (пряма) система диференційних рівнянь Колмогорова дає можливість визначити

безумовний розподіл ланцюга Маркова з ймовірністю:

pi (t) =

P{ X t

= i} ,i =

0,1,..., pi = P{ X 0 =} i ,i = 0,1,...

p(t) =

p

k

(t)a

kj

, p

(0) =

p - система диференційних рівнянь для безумовної ймовірності

j

 

 

 

i

 

i

k

Якщо початковий розподіл pi не змінюється з часом pi (t) = pi , то pi називають

стаціонарним розподілом ланцюга Маркова ( p0 , p1,...) = ( p0 (t), p1 (t),...)

Для стаціонарного розподілу pj (t) = 0 , тому систему диференційних рівнянь запишемо у

вигляді pk akj = 0, j = 0,1,2,...

k

Теорема (Гранична теорема для ланцюга Маркова з неперервним часом.)

35

 

F1 Теорія імовірності, перший семестр

 

 

Якщо ланцюг Маркова з неперервним часом X t ,t

ˆ

0, X n має неперервні справа траєкторії,

і вкладений ланцюг Маркова є незвідним, тоді i, j lim pij (t) = π j , у випадку коли

 

t→ ∞

перехідні ймовірності pij (t) задовольняють другій системі диференційних рівнянь

Колмогорова, а ергодичний розподіл π i є таким що π j (a jj ) < ∞ , тоді π j задовольняє

j

 

системі рівнянь π j a ji = 0,i = 0,1,2,....

 

j

 

 

 

Процеси загибелі та народження

 

Процесом загибелі та народження будемо називати ланцюг Маркова з неперервним

часом X t , t 0 і множиною станів {0,1,2,…} для вкладеного ланцюга якого

ˆ

X n зі стану

n ” є можливий лише безпосередній перехід в “ n 1”, “ n + 1” стани, а зі стану “0” в “1”.

Якщо стани ланцюга Маркова інтерпретуються як число осіб деякої популяції, то перехід зі стану “n” в “n+1” – народження деякої особи, а перехід зі стану “n” в “n-1” –загибель. Перехід зі стану “0” в “1”- самозародження.

З визначення процесів загибелі та народження випливає, що відмінними від 0 є

інфінітезимальні характеристики наступного типу:

ai,i1 ,ai,i , ai,i+ 1 ,i = 0,1,2,.... Позначимо

через λi = ai,i+ 1 ,i =

0,1,2,..., µi =

ai,i1 ,i =

1,2,...матриця інфінітезимальних характеристик

λ0

λ0

 

0

0

...

 

 

µ1

(λ1 +

µ1 )

λ1

0

 

 

 

...

– трьох діагональний вигляд.

матиме вигляд:

 

µ2

(λ2 + µ2 )

λ2

 

 

0

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

...

 

 

 

 

 

 

Для процесів загибелі та народження мають місце всі системи Колмогорова, зокрема

друга буде мати вигляд: p(t) =

λ

0

p

i0

(t) +

µ

1

p

i1

(t)

 

 

 

 

 

i0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p(t) =

λ

j

p

(t)

(λ

j

+

µ

j

) p

ij

(t) + µ

j+ 1

p

ij+ 1

(t) , j = 1,2,...

ij

 

1 ij1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

З цієї системи можемо знайти стаціонарний розподіл, запишемо систему у вигляді:

λ0π 0

+ µ1π 1 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ0π 0

(λ1 + µ1)π 1 + µ2π 2 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ j1π j1 (λ j + µ j )π j + µ j+ 1π j+ 1 = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ π

λ π

 

λ λ π

 

 

 

 

 

 

 

λ0

...λ j1π 0

,.... . Так як π 0

= 1, то π j =

λ0

...λ j1

 

Звідси

π 1 =

0 0 ,π 2 =

1

 

1 =

 

1 0 0

 

,... π

j =

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

µ1...µ j

µ1...µ j

 

 

 

µ1

µ2

 

 

µ1`µ2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тоді

p j = π

j p0 , та p j

=

1, тож p0

=

 

1

 

.

 

 

 

 

 

 

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

π

j =

1+

λ0 ...λ j1

< ∞

, p j =

 

π j

 

 

 

j

0,1,2,...

 

 

 

 

 

 

 

 

, j =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j= 0

 

 

j= 1

µ1...µ j

 

 

 

 

 

π

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j= 0

Застосування процесів народження та загибелі

36

F1 Теорія імовірності, перший семестр

до теорії масового обслуговування

1. Система масового обслуговування типу М / М / 1 Розглянемо один пристрій, на який надходять вимоги через випадкові інтервали часу

ξ 1 ,ξ 2 ,K, які є незалежними випадковими величинами і мають показниковий розподіл з

параметром λ (ξ i ~ E(λ) ).

 

 

 

 

Пристрій обслуговує ці вимоги в

 

 

 

 

порядку надходження за час η i ( i -ту

 

 

 

η 1 ,η 2 ,…,η 3 ,…

 

 

 

вимогу). η i

– незалежні випадкові

ξ 3 ξ 2 ξ 1

 

 

 

 

 

 

величини η i

~ E(µ) . Якщо вимога застає

1

 

 

 

пристрій зайнятим, то вона чекає свого

2

 

M

черга

часу у черзі. Таким чином перед

 

 

 

 

пристроєм утворюється черга.

 

 

 

 

 

Основні характеристики такої моделі:

 

 

 

X (t) – число вимог в системі М/М/1 в момент часу t . Якщо X (t) =

k > 0 , то одна вимога

знаходиться на обслуговуванні, а k

1 – чекають в черзі.

 

 

 

Позначення : М/М/1 ~ вхід/обслуг./число приладів. М = “марківський вигляд”.

В цій схемі виконується марківська властивість.

 

 

 

Залишковий час обслуговування (чи час приходу вимоги) не залежить від того коли

почала обслуговуватись вимога (прийшла попередня вимога) – властивість відсутності післядії показникового розподілу (відсутність старіння).

eλ (t s)

P{ξ > t + sξ > + s} = eλs = eλt , тобто “хвіст” показникового розподілу теж має

показниковий розподіл(з тим самим параметром). Це єдиний розподіл з такою властивістю серед неперервних розподілів.

Таким чином подальший розвиток процесу X (t) не залежить від його значення до

моменту t , тобто від того скільки часу минуло від початку обслуговування на приладі і від моменту надходження останньої у черзі вимоги, а тільки від значення процесу в момент часу t . Таким чином цей процес є ланцюгом Маркова.

 

Нехай τk – час перебування процесу в стані k . Знайдемо розподіл τk :

P{τk >

x} = P{min( ξ ,η)

> x}

= (ξ ,η – час що залишився до надходження наступної заявки і

до кінця обслуговування поточної відповідно) =

P{ξ

> x,η >

 

x}

= eλxeµx

=

e(λ + µ) x – це

показниковий розподіл з параметром λ +

µ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Після “сидіння” у стані k процес може перейти або у стан k 1 або у k + 1.

Знайдемо відповідні ймовірності:

pk ,k 1

=

 

P{

ε

>

η}

=

 

(за формулою повної ймовірності)

+∞

 

+∞

 

 

 

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= P{

ξ > x} µeµx dx = µ e

(λ + µ ) x dx =

 

 

, тоді

pk ,k + 1 =

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

λ +

µ

 

λ +

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Отже цей ланцюг Маркова є процесом загибелі та народження з інтенсивністю

народження λi = λ i =

0,1,K, та інтенсивністю загибелі µi

= µ

i =

1,2,K, його

 

 

 

 

π j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ0 Kλk 1

 

λk

 

 

λ k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

 

=

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

стаціонарний розподіл : p j

=

 

, π 0

=

1,

 

k

 

 

 

µ1 Kµ k

 

 

k

 

 

 

 

 

 

 

π k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µ

 

 

 

µ

k = 0

37

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F1 Теорія імовірності, перший семестр

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

λ

 

 

 

 

 

 

λ j

 

λ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π

k

=

 

 

 

 

, якщо

 

 

 

 

<

1

, p

j

=

 

 

1

 

, – це геометричний розподіл з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ

 

 

 

 

 

 

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k = 0

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

параметром ρ =

 

λ

:

 

 

p j

=

ρ j (1

ρ )

.Оскільки Mξ =

 

1

і Mη =

1

, то ρ =

1λ

=

 

Mη

 

 

µ

 

 

 

µ

 

 

Mξ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

λ

 

1

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

умова існування стаціонарного розподілу Mη

< Mξ

 

– обслуговування в середньому

проходить швидше ніж надходження нових вимог. Мат. сподівання величини черги

+∞

(1

 

ρ ) ρ

 

 

 

 

ρ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

j =

 

 

 

 

при ρ 1, тобто черга буде мати нескінченне мат сподівання

 

1

ρ

 

 

j= 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при ρ 1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

Модель системи M / M /

 

 

 

 

 

 

 

Нехай у нас нескінченна кількість приладів,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η 11 ,η 12 ,K

 

 

 

 

 

і кожен незалежно від інших обслуговує

 

ξ 3

ξ 2

 

 

ξ 1

 

 

 

 

 

 

 

η 21 ,η 22 ,K

 

 

 

 

 

вимоги за показниковий час η ki

~ E(

µ) . Час

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

надходження : ξ i

~ E(λ) . Черги в цьому

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

випадку немає. X

(t) = k – число зайнятих

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

приладів (число вимог в системі).

 

 

За рахунок показникового розподілу подальша поведінка системи не залежить від часу надходження попередніх вимог та від часу їх обслуговування (тобто від минулого).

P{τ

 

Знайдемо розподіл τk

– часу перебування процесу в стані k

 

 

>

x} = P{min{

ξ ,η

1

,K,η}

k

> x}

 

= P{ ξ > x,ξ ,η

1

>

x,K,η

k

> }x

=

e(λ + kµ) x

 

k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ймовірність переходу ланцюга Маркова з стану k

в стан k + 1 :

 

 

 

p

 

=

P{min(η

 

) >

ξ}

=

+∞

P{min(η

 

) > x}λeλx dx =

 

 

λ

 

, звідки

p

 

=

kµ

k ,k + 1

i

i

 

λ +

kµ

k ,k 1

λ + kµ

 

 

i= 1,k

 

 

 

 

i= 1,k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

1442443

 

 

 

 

 

 

 

ek x

Таким чином X (t) – процес загибелі та народження з інфінітезимальними характеристиками (інтенсивностями) λi = λ i = 0,1,K, µi = iµ i = 1,2,K

Стаціонарний розподіл :

 

 

λ 0 Kλ k

1

 

1

 

λ k

 

 

 

 

 

 

1

 

λ k

 

π

k =

 

 

=

 

 

 

 

, k = 1,2,K, π

0

= 1 ,

π

k

=

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

µ1 K µ k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

k!

µ

 

 

 

k = 0

 

 

 

k = 0

k!

µ

 

будь яких λµ R . Таким чином стаціонарна імовірність процесу X (t)

λ

e µ – збіжний для

має вигляд :

 

(λ / µ) k e

λ

 

 

 

 

pk =

µ

 

– Пуассонівський розподіл з параметром

 

λ

 

.

k!

 

 

µ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Характеристичні функції

 

Характеристичною функцією в.в. ξ називається функція

fξ (t) = Meitξ , де t R

38

 

 

 

 

 

 

 

 

F1 Теорія імовірності, перший семестр

Можна записати і так

fξ

(t) = M (Cos( ξ t)

+ iSin( ξ )t ) = MCos ( ξ t) + iMSin( ξ )t

або f ξ

(t) =

e itx dFξ (

x) ,

Fξ (x) = P{ ξ x}

, для абсолютно неперервних в.в.

 

 

 

 

 

 

 

fξ (t) =

e itx

pξ ( x) dx , де

pξ (x)

– щільність в.в.

 

− ∞

 

 

 

e itk

 

, де pk = P{ξ = k} . Цей ряд завжди збігається, оскільки

для дискретних : fξ (t) =

pk

 

 

 

 

 

k

 

 

 

в комплексній площині точки eitk

знаходяться на одиничному колі.

Властивості.

1. f (t) 1 , t R

2.f (0) = 1

3.f (t) – рівномірно неперервна по t

Приклади характеристичний функцій:

1. Біноміальний розподіл : P{ξ = k} = Cnk pk qnk ~ B( n, p)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

fξ (t) = eit Cnk pk qnk = (peit + q)n

 

 

 

 

 

k = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.

Пуассонівський P{ξ

=

 

k}

=

λk e

λ

 

k = 0,1,K

 

 

 

 

 

 

 

 

k!

 

 

 

(λe

 

)

k

 

 

k

e

λ

 

 

 

 

it

 

fξ (t) = eitk λ

 

 

 

=

e λ

 

 

 

= e λ e λeit = e λ (1eit )

 

k!

 

 

k!

 

 

 

i = 0

 

 

fξ (t)

i =

0

 

 

 

 

3.

Вироджений ξ

c , тоді

=

e itc

 

 

 

 

39

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]