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遍历定理

阐述

PP 是一个有限状态的不可约 Markov 链,令 Vx(n)V_x(n) 是时间 nn 前访问 xx 的数量,则

P(Vx(n)nn1E(τx+))=1\mathbb{P}\left(\frac{V_x(n)}{n} \stackrel{n \rightarrow \infty}{\rightarrow} \frac{1}{\mathbb{E}\left(\tau_x^{+}\right)}\right)=1

且对任何函数 f:XRf:\mathcal X\to\mathbb R,都有

P(i=0n1f(Xi)nnEπ(f))=1\mathbb{P}\left(\frac{\sum_{i=0}^{n-1} f\left(X_i\right)}{n} \stackrel{n \rightarrow \infty}{\rightarrow} \mathbb E_{\pi}(f)\right)=1

而对于可数状态的不可约 Markov 链,第一式仍然成立,而第二式要求 π\pi 存在,也即 PP 是正常返的。

PtP^t 是一个有限状态的不可约连续时间 Markov 链,则有

P(1T0Tf(Xt)dtEπ(f))=1\mathbb P\left(\frac{1}{T} \int_0^T f\left(X_t\right)\mathrm dt \rightarrow \mathbb{E}_\pi(f)\right)=1

实例

性质

用于计算稳态分布

设一个不可约 Markov 链 PP 的稳态分布是 π\pi,且 AXA\subseteq\mathcal X。定义 TiT_i 是第 iiXnX_n 存在于 AA 的时间,则 Yi=XTiY_i=X_{T_i} 也是一个 Markov 链。该链的分布可以从下式看出:

π(x)π(A)=limnI(Xi=x)I(XiA)=limn1nI(Yi=x)\frac{\pi(x)}{\pi(A)}=\lim _{n \rightarrow \infty} \frac{\sum I\left(X_i=x\right)}{\sum I\left(X_i \in A\right)}=\lim _{n \rightarrow \infty} \frac{1}{n} \sum I\left(Y_i=x\right)

相关内容

参考文献