概率统计随机过程之马尔可夫过程

概率统计随机过程之马尔可夫过程

概论

在概率论及统计学中,马尔可夫过程(英语:Markov process)是一个具备了马尔可夫性质的随机过程,因为俄国数学家安德雷·马尔可夫得名。马尔可夫过程是不具备记忆特质的(memorylessness)。换言之,马尔可夫过程的条件概率仅仅与系统的当前状态相关,而与它的过去历史或未来状态,都是独立、不相关的。

具备离散状态的马尔可夫过程,通常被称为马尔可夫链。马尔可夫链通常使用离散的时间集合定义,又称离散时间马尔可夫链。有些学者虽然采用这个术语,但允许时间可以取连续的值。

马尔可夫过程根据时间与状态空间的连续性可分为下表所示

可数或有限的状态空间 连续或一般的状态空间
离散时间 在可数且有限状态空间下的马尔可夫链 Harris chain (在一般状态空间下的马尔可夫链)
连续时间 Continuous-time Markov process 任何具备马尔可夫性质的连续随机过程,例如维纳过程

注:连续时间马尔可夫过程基本就是几何分布或者指数分布过程。

马尔可夫性质

马尔可夫性质:当一个随机过程在给定现在状态及所有过去状态情况下,其未来状态的条件概率分布仅依赖于当前状态;换句话说,在给定现在状态时,它与过去状态(即该过程的历史路径)是条件独立的,那么此随机过程即具有马尔可夫性质。

数学上,如果\(X(t),t>0\)为一个随机过程,则马尔可夫性质就是指 \[ {\mathrm{Pr}}{\big [}X(t+h)=y\,|\,X(s)=x(s),s\leq t{\big ]}={\mathrm {Pr}}{\big [}X(t+h)=y\,|\,X(t)=x(t){\big ]},\quad \forall h>0. \]