Цепь Маркова
Це́пь Ма́ркова — последовательность случайных событий с конечным или счётным числом исходов, где вероятность наступления каждого события зависит только от состояния, достигнутого в предыдущем событии. Характеризуется тем свойством, что, говоря нестрого, при текущем настоящем состоянии системы, её будущее состояние не зависит от прошлого. Названа в честь А. А. Маркова (старшего), который впервые ввёл это понятие в работе 1906 года.

В случае цепи Маркова -го порядка вероятность наступления каждого события зависит от состояния, достигнутого в предыдущих событиях.
Цепь Маркова с дискретным временем
Определение
Последовательность дискретных случайных величин называется простой цепью Маркова (цепью Маркова первого порядка) (с дискретным временем), если
.
Таким образом, в простейшем случае условное распределение последующего состояния цепи Маркова зависит только от текущего состояния и не зависит от всех предыдущих состояний (в отличие от цепей Маркова высших порядков).
Последовательность дискретных случайных величин называется цепью Маркова
-го порядка (с дискретным временем), если
.
Таким образом, в условное распределение последующего состояния цепи Маркова -го порядка зависит от текущего состояния и от
предыдущих состояний.
Область значений случайных величин называется простра́нством состоя́ний цепи, а номер
— номером шага.
Переходная матрица и однородные цепи
Матрица , где
называется ма́трицей перехо́дных вероя́тностей на -м шаге, а вектор
, где
— нача́льным распределе́нием цепи Маркова.
Очевидно, матрица переходных вероятностей является стохастической справа, то есть
.
Цепь Маркова называется одноро́дной, если матрица переходных вероятностей не зависит от номера шага, то есть
.
В противном случае цепь Маркова называется неоднородной. В дальнейшем будем предполагать, что имеем дело с однородными цепями Маркова.
Конечномерные распределения и матрица перехода за n шагов
Из свойств условной вероятности и определения однородной цепи Маркова получаем:
,
откуда вытекает специальный случай уравнения Колмогорова — Чепмена:
,
то есть матрица переходных вероятностей за шагов однородной цепи Маркова есть
-я степень матрицы переходных вероятностей за 1 шаг. Наконец,
.
Типы состояний
- Возвратное состояние.
- Возвратная цепь Маркова.
- Достижимое состояние.
- Неразложимая цепь Маркова.
- Периодическое состояние.
- Периодическая цепь Маркова.
- . Состояние
называется поглощающим, если
.
- .
Примеры
- Ветвящийся процесс;
- Случайное блуждание;
Цепь Маркова с непрерывным временем
Определение
Семейство дискретных случайных величин называется цепью Маркова (с непрерывным временем), если
.
Цепь Маркова с непрерывным временем называется однородной, если
.
Матрица переходных функций и уравнение Колмогорова — Чепмена
Аналогично случаю дискретного времени, конечномерные распределения однородной цепи Маркова с непрерывным временем полностью определены начальным распределением
и ма́трицей перехо́дных фу́нкций (переходных вероятностей)
.
Матрица переходных вероятностей удовлетворяет уравнению Колмогорова — Чепмена: или
Матрица интенсивностей и дифференциальные уравнения Колмогорова
По определению матрица интенсивностей , или, что эквивалентно,
.
Из уравнения Колмогорова — Чепмена следуют два уравнения:
- Прямое уравнение Колмогорова
- Обратное уравнение Колмогорова
Для обоих уравнений начальным условием выбирается . Соответствующее решение
Свойства матриц P и Q
Для любого матрица
обладает следующими свойствами:
- Матричные элементы
неотрицательны:
(неотрицательность вероятностей).
- Сумма элементов в каждой строке
равна 1:
(полная вероятность), то есть матрица
является стохастической справа (или по строкам).
- Все собственные числа
матрицы
не превосходят 1 по абсолютной величине:
. Если
, то
.
- Собственному числу
матрицы
соответствует как минимум один неотрицательный левый собственный вектор-строка (равновесие):
.
- Для собственного числа
матрицы
все корневые векторы являются собственными, то есть соответствующие жордановы клетки тривиальны.
Матрица обладает следующими свойствами:
- Внедиагональные матричные элементы
неотрицательны:
.
- Диагональные матричные элементы
неположительны:
.
- Сумма элементов в каждой строке
равна 0:
- Действительная часть всех собственных чисел
матрицы
неположительна:
. Если
, то
- Собственному числу
матрицы
соответствует как минимум один неотрицательный левый собственный вектор-строка (равновесие):
- Для собственного числа
матрицы
все корневые векторы являются собственными, то есть соответствующие жордановы клетки тривиальны.
Граф переходов, связность и эргодические цепи Маркова
Для цепи Маркова с непрерывным временем строится ориентированный граф переходов (кратко — граф переходов) по следующим правилам:
- Множество вершин графа совпадает со множеством состояний цепи.
- Вершины
соединяются ориентированным ребром
, если
(то есть интенсивность потока из
-го состояния в
-е положительна).
Топологические свойства графа переходов связаны со спектральными свойствами матрицы . В частности, для конечных цепей Маркова верны следующие теоремы:
- Следующие три свойства А, Б, В конечной цепи Маркова эквивалентны (обладающие ими цепи иногда называют слабо эргодическими):
- А. Для любых двух различных вершин графа переходов
найдется такая вершина
графа («общий сток»), что существуют ориентированные пути от вершины
к вершине
и от вершины
к вершине
. Замечание: возможен случай
или
; в этом случае тривиальный (пустой) путь от
к
или от
к
также считается ориентированным путём.
- Б. Нулевое собственное число матрицы
невырождено.
- В. При
матрица
стремится к матрице, у которой все строки совпадают (и совпадают, очевидно, с равновесным распределением).
- Следующие пять свойств А, Б, В, Г, Д конечной цепи Маркова эквивалентны (обладающие ими цепи называют эргодическими):
- А. Граф переходов цепи ориентированно связен.
- Б. Нулевое собственное число матрицы
невырождено и ему соответствует строго положительный левый собственный вектор (равновесное распределение).
- В. Для некоторого
матрица
строго положительна (то есть
для всех
).
- Г. Для всех
матрица
строго положительна.
- Д. При
матрица
стремится к строго положительной матрице, у которой все строки совпадают (и совпадают, очевидно, с равновесным распределением).
Примеры

Рассмотрим цепи Маркова с тремя состояниями и с непрерывным временем, соответствующие графам переходов, представленным на рис. В случае (a) отличны от нуля только следующие недиагональные элементы матрицы интенсивностей — , в случае (b) отличны от нуля только
, а в случае (c) —
. Остальные элементы определяются свойствами матрицы
(сумма элементов в каждой строке равна 0). В результате для графов (a), (b), (c) матрицы интенсивностей имеют вид:
Основное кинетическое уравнение
Основное кинетическое уравнение описывает эволюцию распределения вероятностей в цепи Маркова с непрерывным временем. «Основное уравнение» здесь — не эпитет, а перевод термина англ. Master equation. Для вектора-строки распределения вероятностей основное кинетическое уравнение имеет вид:
и совпадает, по существу, с прямым уравнением Колмогорова. В физической литературе чаще используют векторы-столбцы вероятностей и записывают основное кинетическое уравнение в виде, который явно использует закон сохранения полной вероятности:
где
Если для основного кинетического уравнения существует положительное равновесие , то его можно записать в форме
Функции Ляпунова для основного кинетического уравнения
Для основного кинетического уравнения существует богатое семейство выпуклых функций Ляпунова — монотонно меняющихся со временем функций распределения вероятностей. Пусть — выпуклая функция одного переменного. Для любого положительного распределения вероятностей (
) определим функцию Моримото
:
.
Производная по времени, если
удовлетворяет основному кинетическому уравнению, есть
.
Последнее неравенство справедливо из-за выпуклости .
Примеры функций Моримото ![image]()
,
;
- эта функция — расстояние от текущего распределения вероятностей до равновесного в
-норме. Сдвиг по времени является сжатием пространства вероятностных распределений в этой норме. (О свойствах сжатий см. статью Теорема Банаха о неподвижной точке.)
,
;
- эта функция — (минус) энтропия Кульбака (см. Расстояние Кульбака — Лейблера). В физике она соответствует свободной энергии, деленной на
(где
— постоянная Больцмана,
— абсолютная температура):
- если
(распределение Больцмана), то
.
,
;
- эта функция — аналог свободной энергии для энтропии Бурга, широко используемой в обработке сигналов:
,
;
- это квадратичное приближение для (минус) энтропии Кульбака вблизи точки равновесия. С точностью до постоянного во времени слагаемого эта функция совпадает с (минус) энтропией Фишера, которую даёт следующий выбор,
,
;
- это (минус) энтропия Фишера.
,
;
- это один из аналогов свободной энергии для энтропии Тсаллиса.
- служит основой для статистической физики неэкстенсивных величин. При
она стремится к классической энтропии Больцмана — Гиббса — Шеннона, а соответствующая функция Моримото — к (минус) энтропии Кульбака.
Практическое применение
Этот раздел нужно дополнить. |
Одной из первых научных дисциплин, в которой цепи Маркова нашли практическое применение, стала лингвистика (в частности текстология). Сам Марков для иллюстрации своих результатов исследовал зависимость в чередовании гласных и согласных в первых главах «Евгения Онегина» и «Детских годов Багрова-внука».
Цепи Маркова используют для генерации текста, моделирования процессов смешивания сыпучих материалов, управленческом мониторинге, языковых моделях.
Примечания
- "Markov chain | Definition of Markov chain in US English by Oxford Dictionaries" (англ.). Oxford Dictionaries | English.. Lexico Dictionaries | English (14 декабря 2017). Дата обращения: 1 апреля 2020. Архивировано из оригинала 25 февраля 2021 года.
- Gagniuc, Paul A. Markov Chains: From Theory to Implementation and Experimentation (англ.). — USA, NJ: John Wiley & Sons, 2017. — P. 2—8. — ISBN 978-1-119-38755-8.
- Майстров, Л. Е. Развитие понятия вероятности. — Наука, 1980. — С. 188. — 269 с.
- Анатолий Ализар. Генерация фраз с 56-битной энтропией по цепям Маркова. Хакер. Хакер (журнал).
- Использование цепей Маркова для моделирования процесса смешивания - Современные наукоемкие технологии (научный журнал). top-technologies.ru. Дата обращения: 7 мая 2025.
- Рыжкова Т. В. Цепь Маркова, моделирующая изменения в клиентской базе // Вестник Российского экономического университета им. Г. В. Плеханова. — 2008. — Вып. 3. — С. 83–95. — ISSN 2413-2829.
- Проза нейросетей: как языковые модели научились говорить по-людски. Компьютерра (15 октября 2022). Дата обращения: 7 мая 2025.
Литература
- Кельберт М. Я., Сухов Ю. М. Вероятность и статистика в примерах и задачах. Т. ІІ: Марковские цепи как отправная точка теории случайных процессов и их приложения. — М.: МЦНМО, 2010. — 295 с. — ISBN 978-5-94057-252-7.
- Марков А. А. Распространение закона больших чисел на величины, зависящие друг от друга. — Известия физико-математического общества при Казанском университете. — 2-я серия. — Том 15. (1906) — С. 135—156.
- Маркова цепь / А. В. Прохоров // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов. — М. : Большая российская энциклопедия, 2004—2017.
- Kemeny J. G., Snell J. L. Finite Markov chains. — The University Series in Undergraduate Mathematics. — Princeton: Van Nostrand, 1960
- Перевод: Кемени Дж. Дж., Снелл Дж. Л. Конечные цепи Маркова. — М.: Наука. 1970. — 272 с.
- [англ.] Однородные цепи Маркова. Перев. с англ. — М.: Мир, 1964. — 425 с.
- Нуммелин Э. Общие неприводимые цепи Маркова и неотрицательные операторы. — М.: Мир, 1989. — 207 с.
- Morimoto T. Markov processes and the H-theorem. — J. Phys. Soc. Jap. 12 (1963), 328—331.
- Яглом А. М., Яглом И. М. Вероятность и информация. — М.: Наука, 1973. — 512 с.
- Kullback S. Information theory and statistics. — Wiley, New York, 1959.
- Burg J.P. The Relationship Between Maximum Entropy Spectra and Maximum Likelihood Spectra, Geophysics 37(2) (1972), 375—376.
- Tsallis C. Possible generalization of Boltzmann-Gibbs statistics. J. Stat. Phys. 52 (1988), 479—487.
- Рудой Ю. Г. Обобщенная информационная энтропия и неканоническое распределение в равновесной статистической механике, Теоретическая и математическая физика, 135:1 (2003), 3-54.
- Gorban, Alexander N.; Gorban, Pavel A.; Judge, George. Entropy: The Markov Ordering Approach. Entropy 12, no. 5 (2010), 1145—1193.
Ссылки
- SolidMinus. Разработка класса для работы с цепями Маркова. Хабрахабр (1 июня 2016). Дата обращения: 18 августа 2016.
В другом языковом разделе есть более полная статья Markov chain (англ.). |
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Цепь Маркова, Что такое Цепь Маркова? Что означает Цепь Маркова?
Ce p Ma rkova posledovatelnost sluchajnyh sobytij s konechnym ili schyotnym chislom ishodov gde veroyatnost nastupleniya kazhdogo sobytiya zavisit tolko ot sostoyaniya dostignutogo v predydushem sobytii Harakterizuetsya tem svojstvom chto govorya nestrogo pri tekushem nastoyashem sostoyanii sistemy eyo budushee sostoyanie ne zavisit ot proshlogo Nazvana v chest A A Markova starshego kotoryj vpervye vvyol eto ponyatie v rabote 1906 goda Primer cepi s dvumya sostoyaniyami V sluchae cepi Markova N displaystyle N go poryadka veroyatnost nastupleniya kazhdogo sobytiya zavisit ot sostoyaniya dostignutogo v N displaystyle N predydushih sobytiyah Cep Markova s diskretnym vremenemOpredelenie Posledovatelnost diskretnyh sluchajnyh velichin Xn n 0 displaystyle X n n geqslant 0 nazyvaetsya prostoj cepyu Markova cepyu Markova pervogo poryadka s diskretnym vremenem esli P Xn 1 in 1 Xn in Xn 1 in 1 X0 i0 P Xn 1 in 1 Xn in displaystyle mathbb P X n 1 i n 1 mid X n i n X n 1 i n 1 ldots X 0 i 0 mathbb P X n 1 i n 1 mid X n i n Takim obrazom v prostejshem sluchae uslovnoe raspredelenie posleduyushego sostoyaniya cepi Markova zavisit tolko ot tekushego sostoyaniya i ne zavisit ot vseh predydushih sostoyanij v otlichie ot cepej Markova vysshih poryadkov Posledovatelnost diskretnyh sluchajnyh velichin Xn n 0 displaystyle X n n geqslant 0 nazyvaetsya cepyu Markova N displaystyle N go poryadka s diskretnym vremenem esli P Xn 1 in 1 Xn in Xn 1 in 1 X0 i0 P Xn 1 in 1 Xn in Xn 1 in 1 Xn N 1 in N 1 displaystyle mathbb P X n 1 i n 1 mid X n i n X n 1 i n 1 ldots X 0 i 0 mathbb P X n 1 i n 1 mid X n i n X n 1 i n 1 ldots X n N 1 i n N 1 Takim obrazom v uslovnoe raspredelenie posleduyushego sostoyaniya cepi Markova N displaystyle N go poryadka zavisit ot tekushego sostoyaniya i ot N 1 displaystyle N 1 predydushih sostoyanij Oblast znachenij sluchajnyh velichin Xn displaystyle X n nazyvaetsya prostra nstvom sostoya nij cepi a nomer n displaystyle n nomerom shaga Perehodnaya matrica i odnorodnye cepi Matrica P n displaystyle P n gde Pij n P Xn 1 j Xn i displaystyle P ij n equiv mathbb P X n 1 j mid X n i nazyvaetsya ma tricej pereho dnyh veroya tnostej na n displaystyle n m shage a vektor p p1 p2 displaystyle mathbf p p 1 p 2 ldots top gde pi P X0 i displaystyle p i equiv mathbb P X 0 i nacha lnym raspredele niem cepi Markova Ochevidno matrica perehodnyh veroyatnostej yavlyaetsya stohasticheskoj sprava to est jPij n 1 n N displaystyle sum limits j P ij n 1 quad forall n in mathbb N Cep Markova nazyvaetsya odnoro dnoj esli matrica perehodnyh veroyatnostej ne zavisit ot nomera shaga to est Pij n Pij n N displaystyle P ij n P ij quad forall n in mathbb N V protivnom sluchae cep Markova nazyvaetsya neodnorodnoj V dalnejshem budem predpolagat chto imeem delo s odnorodnymi cepyami Markova Konechnomernye raspredeleniya i matrica perehoda za n shagov Iz svojstv uslovnoj veroyatnosti i opredeleniya odnorodnoj cepi Markova poluchaem P Xn in X0 i0 Pin 1 in Pi0 i1Pi0 displaystyle mathbb P X n i n ldots X 0 i 0 P i n 1 i n cdots P i 0 i 1 P i 0 otkuda vytekaet specialnyj sluchaj uravneniya Kolmogorova Chepmena P Xn in X0 i0 Pn i0 in displaystyle mathbb P X n i n mid X 0 i 0 P n i 0 i n to est matrica perehodnyh veroyatnostej za n displaystyle n shagov odnorodnoj cepi Markova est n displaystyle n ya stepen matricy perehodnyh veroyatnostej za 1 shag Nakonec P Xn in PT np in displaystyle mathbb P X n i n left P T n mathbf p right i n Tipy sostoyanij Vozvratnoe sostoyanie Vozvratnaya cep Markova Dostizhimoe sostoyanie Nerazlozhimaya cep Markova Periodicheskoe sostoyanie Periodicheskaya cep Markova Sostoyanie i displaystyle i nazyvaetsya pogloshayushim esli Pi i 1 displaystyle P i i 1 Primery Vetvyashijsya process Sluchajnoe bluzhdanie Cep Markova s nepreryvnym vremenemOpredelenie Semejstvo diskretnyh sluchajnyh velichin Xt t 0 displaystyle X t t geqslant 0 nazyvaetsya cepyu Markova s nepreryvnym vremenem esli P Xt h xt h Xs xs 0 lt s t P Xt h xt h Xt xt displaystyle mathbb P X t h x t h mid X s x s 0 lt s leqslant t mathbb P X t h x t h mid X t x t Cep Markova s nepreryvnym vremenem nazyvaetsya odnorodnoj esli P Xt h xt h Xt xt P Xh xh X0 x0 displaystyle mathbb P X t h x t h mid X t x t mathbb P X h x h mid X 0 x 0 Matrica perehodnyh funkcij i uravnenie Kolmogorova Chepmena Analogichno sluchayu diskretnogo vremeni konechnomernye raspredeleniya odnorodnoj cepi Markova s nepreryvnym vremenem polnostyu opredeleny nachalnym raspredeleniem p p1 p2 pi P X0 i i 1 2 displaystyle mathbf p p 1 p 2 ldots top p i mathbb P X 0 i quad i 1 2 ldots i ma tricej pereho dnyh fu nkcij perehodnyh veroyatnostej P h Pij h P Xh j X0 i displaystyle mathbf P h P ij h mathbb P X h j mid X 0 i Matrica perehodnyh veroyatnostej udovletvoryaet uravneniyu Kolmogorova Chepmena P t s P t P s displaystyle mathbf P t s mathbf P t mathbf P s ili Pij t s kPik t Pkj s displaystyle P ij t s sum k P ik t P kj s Matrica intensivnostej i differencialnye uravneniya Kolmogorova Po opredeleniyu matrica intensivnostej Q limh 0P h Ih displaystyle mathbf Q lim h to 0 frac mathbf P h mathbf I h ili chto ekvivalentno Q qij dPij h dh h 0 displaystyle mathbf Q q ij left frac dP ij h dh right h 0 Iz uravneniya Kolmogorova Chepmena sleduyut dva uravneniya Pryamoe uravnenie Kolmogorova dP t dt P t Q displaystyle frac d mathbf P t dt mathbf P t mathbf Q Obratnoe uravnenie Kolmogorova dP t dt QP t displaystyle frac d mathbf P t dt mathbf Q mathbf P t Dlya oboih uravnenij nachalnym usloviem vybiraetsya P 0 I displaystyle mathbf P 0 mathbf I Sootvetstvuyushee reshenie P t exp Qt displaystyle mathbf P t exp mathbf Q t Svojstva matric P i Q Dlya lyubogo t gt 0 displaystyle t gt 0 matrica P t displaystyle mathbf P t obladaet sleduyushimi svojstvami Matrichnye elementy P t displaystyle mathbf P t neotricatelny Pij t 0 displaystyle P ij t geqslant 0 neotricatelnost veroyatnostej Summa elementov v kazhdoj stroke P t displaystyle mathbf P t ravna 1 jPij t 1 displaystyle sum j P ij t 1 polnaya veroyatnost to est matrica P t displaystyle mathbf P t yavlyaetsya stohasticheskoj sprava ili po strokam Vse sobstvennye chisla l displaystyle lambda matricy P t displaystyle mathbf P t ne prevoshodyat 1 po absolyutnoj velichine l 1 displaystyle lambda leqslant 1 Esli l 1 displaystyle lambda 1 to l 1 displaystyle lambda 1 Sobstvennomu chislu l 1 displaystyle lambda 1 matricy P t displaystyle mathbf P t sootvetstvuet kak minimum odin neotricatelnyj levyj sobstvennyj vektor stroka ravnovesie p1 p2 displaystyle p 1 p 2 pi 0 displaystyle p i geqslant 0 ipi 1 displaystyle sum i p i 1 ipi Pij t pj displaystyle sum i p i P ij t p j Dlya sobstvennogo chisla l 1 displaystyle lambda 1 matricy P t displaystyle mathbf P t vse kornevye vektory yavlyayutsya sobstvennymi to est sootvetstvuyushie zhordanovy kletki trivialny Matrica Q displaystyle mathbf Q obladaet sleduyushimi svojstvami Vnediagonalnye matrichnye elementy Q displaystyle mathbf Q neotricatelny qij 0i j displaystyle q ij geqslant 0 i neq j Diagonalnye matrichnye elementy Q displaystyle mathbf Q nepolozhitelny qii 0 displaystyle q ii leqslant 0 Summa elementov v kazhdoj stroke Q displaystyle mathbf Q ravna 0 jqij 0 displaystyle sum j q ij 0 Dejstvitelnaya chast vseh sobstvennyh chisel m displaystyle mu matricy Q displaystyle mathbf Q nepolozhitelna Re m 0 displaystyle Re mu leqslant 0 Esli Re m 0 displaystyle Re mu 0 to m 0 displaystyle mu 0 Sobstvennomu chislu m 0 displaystyle mu 0 matricy Q displaystyle mathbf Q sootvetstvuet kak minimum odin neotricatelnyj levyj sobstvennyj vektor stroka ravnovesie p1 p2 displaystyle p 1 p 2 pi 0 displaystyle p i geqslant 0 ipi 1 displaystyle sum i p i 1 ipi qij 0 displaystyle sum i p i q ij 0 Dlya sobstvennogo chisla m 0 displaystyle mu 0 matricy Q displaystyle mathbf Q vse kornevye vektory yavlyayutsya sobstvennymi to est sootvetstvuyushie zhordanovy kletki trivialny Graf perehodov svyaznost i ergodicheskie cepi Markova Dlya cepi Markova s nepreryvnym vremenem stroitsya orientirovannyj graf perehodov kratko graf perehodov po sleduyushim pravilam Mnozhestvo vershin grafa sovpadaet so mnozhestvom sostoyanij cepi Vershiny i j i j displaystyle i j i neq j soedinyayutsya orientirovannym rebrom i j displaystyle i to j esli qij gt 0 displaystyle q ij gt 0 to est intensivnost potoka iz i displaystyle i go sostoyaniya v j displaystyle j e polozhitelna Topologicheskie svojstva grafa perehodov svyazany so spektralnymi svojstvami matricy Q displaystyle mathbf Q V chastnosti dlya konechnyh cepej Markova verny sleduyushie teoremy Sleduyushie tri svojstva A B V konechnoj cepi Markova ekvivalentny obladayushie imi cepi inogda nazyvayut slabo ergodicheskimi A Dlya lyubyh dvuh razlichnyh vershin grafa perehodov i j i j displaystyle i j i neq j najdetsya takaya vershina k displaystyle k grafa obshij stok chto sushestvuyut orientirovannye puti ot vershiny i displaystyle i k vershine k displaystyle k i ot vershiny j displaystyle j k vershine k displaystyle k Zamechanie vozmozhen sluchaj k i displaystyle k i ili k j displaystyle k j v etom sluchae trivialnyj pustoj put ot i displaystyle i k i displaystyle i ili ot j displaystyle j k j displaystyle j takzhe schitaetsya orientirovannym putyom B Nulevoe sobstvennoe chislo matricy Q displaystyle mathbf Q nevyrozhdeno V Pri t displaystyle t to infty matrica P t displaystyle mathbf P t stremitsya k matrice u kotoroj vse stroki sovpadayut i sovpadayut ochevidno s ravnovesnym raspredeleniem Sleduyushie pyat svojstv A B V G D konechnoj cepi Markova ekvivalentny obladayushie imi cepi nazyvayut ergodicheskimi A Graf perehodov cepi orientirovanno svyazen B Nulevoe sobstvennoe chislo matricy Q displaystyle mathbf Q nevyrozhdeno i emu sootvetstvuet strogo polozhitelnyj levyj sobstvennyj vektor ravnovesnoe raspredelenie V Dlya nekotorogo t gt 0 displaystyle t gt 0 matrica P t displaystyle mathbf P t strogo polozhitelna to est Pij t gt 0 displaystyle P ij t gt 0 dlya vseh i j displaystyle i j G Dlya vseh t gt 0 displaystyle t gt 0 matrica P t displaystyle mathbf P t strogo polozhitelna D Pri t displaystyle t to infty matrica P t displaystyle mathbf P t stremitsya k strogo polozhitelnoj matrice u kotoroj vse stroki sovpadayut i sovpadayut ochevidno s ravnovesnym raspredeleniem Primery Ris Primery grafov perehodov dlya cepej Markova a cep ne yavlyaetsya slabo ergodicheskoj ne sushestvuet obshego stoka dlya sostoyanij A2 A3 displaystyle A 2 A 3 b slabo ergodicheskaya cep graf perehodov ne yavlyaetsya orientirovanno svyaznym c ergodicheskaya cep graf perehodov orientirovanno svyazan Rassmotrim cepi Markova s tremya sostoyaniyami i s nepreryvnym vremenem sootvetstvuyushie grafam perehodov predstavlennym na ris V sluchae a otlichny ot nulya tolko sleduyushie nediagonalnye elementy matricy intensivnostej q12 q13 displaystyle q 12 q 13 v sluchae b otlichny ot nulya tolko q12 q31q32 displaystyle q 12 q 31 q 32 a v sluchae c q12 q31q23 displaystyle q 12 q 31 q 23 Ostalnye elementy opredelyayutsya svojstvami matricy Q displaystyle mathbf Q summa elementov v kazhdoj stroke ravna 0 V rezultate dlya grafov a b c matricy intensivnostej imeyut vid Qa q12 q13 q12q13000000 displaystyle mathbf Q a begin pmatrix q 12 q 13 amp q 12 amp q 13 0 amp 0 amp 0 0 amp 0 amp 0 end pmatrix Qb q12q120000q31q32 q31 q32 displaystyle mathbf Q b begin pmatrix q 12 amp q 12 amp 0 0 amp 0 amp 0 q 31 amp q 32 amp q 31 q 32 end pmatrix Qc q12q1200 q23q23q310 q31 displaystyle mathbf Q c begin pmatrix q 12 amp q 12 amp 0 0 amp q 23 amp q 23 q 31 amp 0 amp q 31 end pmatrix Osnovnoe kineticheskoe uravnenieOsnovnaya statya Osnovnoe kineticheskoe uravnenie Osnovnoe kineticheskoe uravnenie opisyvaet evolyuciyu raspredeleniya veroyatnostej v cepi Markova s nepreryvnym vremenem Osnovnoe uravnenie zdes ne epitet a perevod termina angl Master equation Dlya vektora stroki raspredeleniya veroyatnostej p displaystyle pi osnovnoe kineticheskoe uravnenie imeet vid dpdt pQ displaystyle frac d pi dt pi mathbf Q i sovpadaet po sushestvu s pryamym uravneniem Kolmogorova V fizicheskoj literature chashe ispolzuyut vektory stolbcy veroyatnostej i zapisyvayut osnovnoe kineticheskoe uravnenie v vide kotoryj yavno ispolzuet zakon sohraneniya polnoj veroyatnosti dpidt j j i Tijpj Tjipi displaystyle frac dp i dt sum j j neq i T ij p j T ji p i gde Tij qji displaystyle T ij q ji Esli dlya osnovnogo kineticheskogo uravneniya sushestvuet polozhitelnoe ravnovesie pi gt 0 displaystyle p i gt 0 to ego mozhno zapisat v forme dpidt j j iTijpj pjpj pipi displaystyle frac dp i dt sum j j neq i T ij p j left frac p j p j frac p i p i right Funkcii Lyapunova dlya osnovnogo kineticheskogo uravneniya Dlya osnovnogo kineticheskogo uravneniya sushestvuet bogatoe semejstvo vypuklyh funkcij Lyapunova monotonno menyayushihsya so vremenem funkcij raspredeleniya veroyatnostej Pust h x x gt 0 displaystyle h x x gt 0 vypuklaya funkciya odnogo peremennogo Dlya lyubogo polozhitelnogo raspredeleniya veroyatnostej pi gt 0 displaystyle p i gt 0 opredelim funkciyu Morimoto Hh p displaystyle H h p Hh p ipi h pipi displaystyle H h p sum i p i h left frac p i p i right Proizvodnaya Hh p displaystyle H h p po vremeni esli p t displaystyle p t udovletvoryaet osnovnomu kineticheskomu uravneniyu est dHh p t dt i ji jTijpj h pipi h pjpj h pipi pjpj pipi 0 displaystyle frac dH h p t dt sum i j i neq j T ij p j left h left frac p i p i right h left frac p j p j right h left frac p i p i right left frac p j p j frac p i p i right right leqslant 0 Poslednee neravenstvo spravedlivo iz za vypuklosti h x displaystyle h x Primery funkcij Morimoto Hh p displaystyle H h p h x x 1 displaystyle h x x 1 Hh p i pi pi displaystyle H h p sum i p i p i eta funkciya rasstoyanie ot tekushego raspredeleniya veroyatnostej do ravnovesnogo v l1 displaystyle l 1 norme Sdvig po vremeni yavlyaetsya szhatiem prostranstva veroyatnostnyh raspredelenij v etoj norme O svojstvah szhatij sm statyu Teorema Banaha o nepodvizhnoj tochke h x xln x displaystyle h x x ln x Hh p ipiln pipi displaystyle H h p sum i p i ln left frac p i p i right eta funkciya minus entropiya Kulbaka sm Rasstoyanie Kulbaka Lejblera V fizike ona sootvetstvuet svobodnoj energii delennoj na kT displaystyle kT gde k displaystyle k postoyannaya Bolcmana T displaystyle T absolyutnaya temperatura esli pi exp m0 Ui kT displaystyle p i exp mu 0 U i kT raspredelenie Bolcmana to Hh p ipiln pi ipiUi kT m0 U TS kT displaystyle H h p sum i p i ln p i sum i p i U i kT mu 0 langle U rangle TS kT h x ln x displaystyle h x ln x Hh p ipi ln pipi displaystyle H h p sum i p i ln left frac p i p i right eta funkciya analog svobodnoj energii dlya entropii Burga shiroko ispolzuemoj v obrabotke signalov SBurg iln pi displaystyle S rm Burg sum i ln p i dd h x x 1 22 displaystyle h x frac x 1 2 2 Hh p i pi pi 22pi displaystyle H h p sum i frac p i p i 2 2p i eto kvadratichnoe priblizhenie dlya minus entropii Kulbaka vblizi tochki ravnovesiya S tochnostyu do postoyannogo vo vremeni slagaemogo eta funkciya sovpadaet s minus entropiej Fishera kotoruyu dayot sleduyushij vybor h x x22 displaystyle h x frac x 2 2 Hh p ipi22pi displaystyle H h p sum i frac p i 2 2p i eto minus entropiya Fishera h x xq 1q 1 q gt 0 q 1 displaystyle h x frac x q 1 q 1 q gt 0 q neq 1 Hh p 1q 1 ipi pipi q 1 displaystyle H h p frac 1 q 1 left sum i p i left frac p i p i right q 1 right eto odin iz analogov svobodnoj energii dlya entropii Tsallisa SqTsallis p 1q 1 1 ipiq displaystyle S q rm Tsallis p 1 over q 1 left 1 sum i p i q right sluzhit osnovoj dlya statisticheskoj fiziki neekstensivnyh velichin Pri q 1 displaystyle q to 1 ona stremitsya k klassicheskoj entropii Bolcmana Gibbsa Shennona a sootvetstvuyushaya funkciya Morimoto k minus entropii Kulbaka Prakticheskoe primenenieOsnovnaya statya Skrytaya markovskaya model Etot razdel nuzhno dopolnit Pozhalujsta uluchshite i dopolnite razdel 2 dekabrya 2015 Odnoj iz pervyh nauchnyh disciplin v kotoroj cepi Markova nashli prakticheskoe primenenie stala lingvistika v chastnosti tekstologiya Sam Markov dlya illyustracii svoih rezultatov issledoval zavisimost v cheredovanii glasnyh i soglasnyh v pervyh glavah Evgeniya Onegina i Detskih godov Bagrova vnuka Cepi Markova ispolzuyut dlya generacii teksta modelirovaniya processov smeshivaniya sypuchih materialov upravlencheskom monitoringe yazykovyh modelyah Primechaniya Markov chain Definition of Markov chain in US English by Oxford Dictionaries angl Oxford Dictionaries English Lexico Dictionaries English 14 dekabrya 2017 Data obrasheniya 1 aprelya 2020 Arhivirovano iz originala 25 fevralya 2021 goda Gagniuc Paul A Markov Chains From Theory to Implementation and Experimentation angl USA NJ John Wiley amp Sons 2017 P 2 8 ISBN 978 1 119 38755 8 Majstrov L E Razvitie ponyatiya veroyatnosti Nauka 1980 S 188 269 s Anatolij Alizar Generaciya fraz s 56 bitnoj entropiej po cepyam Markova neopr Haker Haker zhurnal Ispolzovanie cepej Markova dlya modelirovaniya processa smeshivaniya Sovremennye naukoemkie tehnologii nauchnyj zhurnal neopr top technologies ru Data obrasheniya 7 maya 2025 Ryzhkova T V Cep Markova modeliruyushaya izmeneniya v klientskoj baze Vestnik Rossijskogo ekonomicheskogo universiteta im G V Plehanova 2008 Vyp 3 S 83 95 ISSN 2413 2829 Proza nejrosetej kak yazykovye modeli nauchilis govorit po lyudski rus Kompyuterra 15 oktyabrya 2022 Data obrasheniya 7 maya 2025 LiteraturaKelbert M Ya Suhov Yu M Veroyatnost i statistika v primerah i zadachah T II Markovskie cepi kak otpravnaya tochka teorii sluchajnyh processov i ih prilozheniya M MCNMO 2010 295 s ISBN 978 5 94057 252 7 Markov A A Rasprostranenie zakona bolshih chisel na velichiny zavisyashie drug ot druga Izvestiya fiziko matematicheskogo obshestva pri Kazanskom universitete 2 ya seriya Tom 15 1906 S 135 156 Markova cep A V Prohorov Bolshaya rossijskaya enciklopediya v 35 t gl red Yu S Osipov M Bolshaya rossijskaya enciklopediya 2004 2017 Kemeny J G Snell J L Finite Markov chains The University Series in Undergraduate Mathematics Princeton Van Nostrand 1960 Perevod Kemeni Dzh Dzh Snell Dzh L Konechnye cepi Markova M Nauka 1970 272 s angl Odnorodnye cepi Markova Perev s angl M Mir 1964 425 s Nummelin E Obshie neprivodimye cepi Markova i neotricatelnye operatory M Mir 1989 207 s Morimoto T Markov processes and the H theorem J Phys Soc Jap 12 1963 328 331 Yaglom A M Yaglom I M Veroyatnost i informaciya M Nauka 1973 512 s Kullback S Information theory and statistics Wiley New York 1959 Burg J P The Relationship Between Maximum Entropy Spectra and Maximum Likelihood Spectra Geophysics 37 2 1972 375 376 Tsallis C Possible generalization of Boltzmann Gibbs statistics J Stat Phys 52 1988 479 487 Rudoj Yu G Obobshennaya informacionnaya entropiya i nekanonicheskoe raspredelenie v ravnovesnoj statisticheskoj mehanike Teoreticheskaya i matematicheskaya fizika 135 1 2003 3 54 Gorban Alexander N Gorban Pavel A Judge George Entropy The Markov Ordering Approach Entropy 12 no 5 2010 1145 1193 SsylkiSolidMinus Razrabotka klassa dlya raboty s cepyami Markova rus Habrahabr 1 iyunya 2016 Data obrasheniya 18 avgusta 2016 V drugom yazykovom razdele est bolee polnaya statya Markov chain angl Vy mozhete pomoch proektu rasshiriv tekushuyu statyu s pomoshyu perevoda
