馬可夫鏈
常返(正常返與零常返)與暫態(recurrence and transience)
讓鏈從某狀態出發,問:它一定會回來嗎,還是可能一去不返?光這一個問題就把每個狀態分成兩種根本類型。常返狀態是鏈必定會再次造訪的(返回機率為 1);暫態狀態是它可能永遠離開的(返回機率小於 1)。常返關乎的是「家」是否保證會再被看見。
從暫態狀態出發,未來造訪它的次數有限 —— 鏈造訪它隨機的若干次後便徹底拋棄它。從常返狀態出發,鏈一次又一次地返回,無窮多次。常返再依返回「要多久」進一步細分。正常返指期望返回時間有限(返回以穩定的步調發生);零常返指鏈必定返回,但期望返回時間為無窮(返回會發生,卻越來越慢)。零常返是個微妙的中間態,只存在於無窮的狀態空間上。
這項分類決定了鏈的長期命運與平衡是否存在。不可約的鏈要嘛全常返、要嘛全暫態(這是類的性質)。平穩分布存在,恰好在鏈為正常返時,而此時某狀態的平穩機率是它期望返回時間的倒數。暫態與零常返的鏈沒有真正的平衡 —— 機率不是逃向無窮,就是永遠越攤越薄。
整數上的簡單對稱隨機漫步(各以機率 1/2 向左或向右一步)是零常返:它以機率 1 返回 0,但期望返回時間為無窮。同樣的漫步在三維中則是暫態 —— Polya 定理說,醉漢在一線或一面上終會回家,但空中的醉鳥卻可能一飛不返。
常返:必定返回。正常返再加上有限的期望返回時間;暫態則可能永遠離去。
在「有限」的不可約鏈上,每個狀態都是正常返 —— 零常返與暫態只可能在有無窮多狀態、讓機率得以逃逸時才出現。
又稱
另見