馬可夫鏈

離散時間馬可夫鏈(discrete-time Markov chain)

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離散時間馬可夫鏈是最簡單也最有用的無記憶過程:一個東西在一組狀態之間一步一步地跳躍,每次以隨機方式選擇下一個狀態,而選擇方式只取決於它目前所處之處。想像一個棋子在房間網路裡遊走,每個房間都貼出前往各相鄰房間的機率 —— 而那些機率從不取決於棋子是怎麼來的。

三項要素定義了它。第一,狀態空間:所有可能狀態的集合,此處為有限或可數,例如 {晴、雨} 或整數。第二,馬可夫性質:下一個狀態只取決於當前狀態。第三,轉移機率 P(i, j) = P(X_(n+1) = j given X_n = i),即一步從狀態 i 走到狀態 j 的機率。當這些機率不隨時間 n 改變時(常見情形),這條鏈稱為時間齊性的,整個動態便由一張固定的一步機率表完全掌握。

從這些簡單規則,竟能推出驚人豐富的結論:長期下來鏈把時間花在哪裡、它是否會回到出發點、首次抵達某目標要多久、以及它最終安頓於什麼樣的平衡。馬可夫鏈是隨機建模的主力 —— 它描述天氣、網頁瀏覽(PageRank)、排隊、遺傳、桌遊,以及現代統計背後的抽樣演算法。

兩狀態天氣:若今天晴,明天晴的機率為 0.8、雨為 0.2;若今天雨,明天雨為 0.6、晴為 0.4。這就是一條完整的馬可夫鏈。要模擬它,先從某處出發,每一步依當前狀態的兩個機率擲一次,挑出明天 —— 永遠不回望比今天更早的事。

一條鏈由它的狀態與一步轉移機率完全決定 —— 不需要其他任何東西。

離散時間指鏈以整步推進(第 0、1、2... 步),而非指狀態空間離散 —— 雖然狀態空間通常的確離散。在離散時間上、狀態為連續的鏈,仍是離散時間鏈。別把時間指標和狀態空間搞混。

又称
DTMCMarkov chain馬可夫鏈馬氏鏈