空間卜瓦松點過程(spatial Poisson point process)
把「在時間上完全隨機的事件」這個想法,改成散布在一張地圖上而非沿著一個時鐘。一塊天空中的恆星、森林裡的樹、一頁上的錯字、城市裡的手機使用者、矽晶圓上的瑕疵——當點落下時沒有偏好也沒有交互作用,空間卜瓦松點過程就是其模型。它是卜瓦松過程的二維與三維表親,是「完全空間隨機」的基準。
它由一個強度支配:對均勻(齊次)過程,是一個常數 lambda,意指每單位面積(或體積)的期望點數。兩條定義規則映照了時間的情形。第一,落在任一區域 A 中的點數是平均為 lambda 乘以 A 之面積的卜瓦松。第二,不重疊區域內的計數彼此獨立。一個美妙的推論,正如在時間中:給定恰好有 n 個點落在某區域,這 n 個點在該區域上彼此獨立且均勻地放置——完全隨機的放置,沒有模式。強度也可以隨空間變化,lambda(x),給出一個非齊次空間過程,其中 A 內的平均計數是 lambda 在 A 上的積分。
此模型是空間統計、生態學、天文學、材料科學與無線網路設計的主力。關鍵在於,它是用來檢驗真實點模式的虛無假設:生態學家會問樹木是否比空間卜瓦松隨機所預測的「更」成團(幼苗靠近母株)或「更」規則(競爭把它們撐開)。要記住的誠實提醒:在完全空間隨機下,點在肉眼看來常常「像」成團——隨機散布自然會產生團塊與空洞——所以表面上的成團本身並不是任何吸引機制的證據。
松樹按空間卜瓦松過程以 lambda = 0.5(每平方公尺的樹數)散布。在一塊 10 乘 10 公尺的樣區(面積 100)中,樹的數目是平均為 0.5*100 = 50 的卜瓦松。某個特定 1 平方公尺方格為空的機率是 e^(-0.5*1) = e^(-0.5),約 0.61。
無交互作用地散布的點:任一區域內的計數是平均為 lambda 乘以面積的卜瓦松。
完全空間隨機仍會產生肉眼可見的團塊與空隙——表面的成團「不」是吸引的證據。正確的檢定是與卜瓦松虛無比較,而非與肉眼比較。