嵌入跳躍鏈(embedded jump chain)
嵌入跳躍鏈是只記錄連續時間鏈所訪狀態之「序列」、忽略在各狀態停留多久而得到的離散時間馬可夫鏈。它是把 CTMC 化約到第一冊熟悉的離散時間理論的途徑:跳躍鏈加上停留時間即可重建完整的連續時間過程。它回答的問題是:鏈往哪裡去——與何時去乾淨地分離開來。
令 Y_0, Y_1, Y_2, ... 為 X_t 所連續訪問的相異狀態。則 (Y_n) 是離散時間馬可夫鏈,其轉移矩陣由非對角速率正規化而得:對非吸收狀態 i(q_i > 0),跳躍機率為 K(i,j) = q_ij / q_i(j 不等於 i),且 K(i,i) = 0;吸收狀態(q_i = 0)則 K(i,i) = 1。完整 CTMC 之重建方式為:從 i 抽一段指數(q_i) 的停留時間,再依 K(i,.) 獨立地跳到 j。此即建構方向:給定跳躍核 K 與停留速率 q_i,便可建出過程。許多關於 CTMC 的定性問題可化約到跳躍鏈:哪些狀態常返或暫態、互通類別、是否到達吸收態,皆僅為 (Y_n) 的性質,因為它們不涉及時間。
跳躍鏈捕捉「往哪」但捨棄「何時」,因此單憑它無法回答計時問題:到吸收的期望時間、時間的平穩「比例」、或鏈是否爆炸,皆還需停留速率。一個重要警告:跳躍鏈的正常返並不等同於 CTMC 的正常返,且跳躍鏈的平穩分配一般不同於 CTMC 的平穩分配。兩者透過以平均停留時間重新加權相聯繫:pi_CTMC(i) 正比於 nu(i)/q_i,其中 nu 為跳躍鏈的平穩分配。混淆這兩個平穩分配是典型錯誤。
在 {0,1,2,...} 上的純死亡鏈,q_n = 死亡速率 n*mu,僅有跳躍 n -> n-1。其跳躍鏈是確定性的遊走 n -> n-1(總是下降),故「往哪」無甚可言;全部趣味在於停留時間,其和(到達 0 的時間)是速率 n*mu 之獨立指數變數之和。
當「往哪」平凡時,跳躍鏈幾乎不傳達訊息,停留時間承載了全部資訊——反之亦然。
跳躍鏈的平穩分配並非 CTMC 的:pi_CTMC(i) 正比於 nu(i)/q_i,即以平均停留時間 1/q_i 對跳躍鏈平穩分配 nu 重新加權。混為一談是 CTMC 分析中最常見的錯誤之一。