卜瓦松過程與點過程

非齊次卜瓦松過程(non-homogeneous Poisson process)

真實的到達很少保持恆定步調。餐廳下午三點門可羅雀、晚上七點門庭若市;急診就診在週末激增;網站點擊隨著全球的白晝移動。非齊次卜瓦松過程保留卜瓦松過程一切好的性質,卻讓速率呼吸:速率不再是單一數字 lambda,而是一個隨時間起伏的函數 lambda(t)。

正確的記帳工具是積分後的速率,稱為平均函數:m(t) = 從 0 到 t 對 lambda(u) du 積分,即到時刻 t 為止累積的期望事件數。任一區間 (s, t] 內的計數於是是平均為 m(t) - m(s) = 從 s 到 t 對 lambda(u) du 積分的卜瓦松,而不相交區間內的計數仍然獨立。所以你把「lambda 乘以長度」換成「速率曲線下的面積」;其餘一切(獨立增量、一個一個到)都保留下來。一個乾淨的想像與模擬法:跑一個恆定速率的卜瓦松過程,然後或者依平均函數拉伸/壓縮時間軸,或者以一個至少與峰值一樣高的速率產生齊次過程,再隨機稀疏化以在每一瞬間匹配 lambda(t)。

兩個誠實的提醒。第一,你失去了無記憶的到達間隔時間——間隔不再是同分布的指數,因為跨越傍晚尖峰的間隔與黎明的間隔行為不同。順序統計量性質也推廣了:給定窗口內有 n 個事件,它們的位置彼此獨立,但按與 lambda(t) 成比例的方式分布,而非均勻。第二,非齊次過程仍假設給定速率後事件彼此獨立;若事件還會互相影響(一場火災提高下一場的機率),你需要的是自激模型,那是另一種野獸。

某麵包店在 4 小時的早晨期間的到達速率為 lambda(t) = 10 + 8*t(每小時,t 以小時計)。前 2 小時的期望顧客數是面積 m(2) = 從 0 到 2 對 (10 + 8u) du 積分 = 20 + 16 = 36。該窗口內的計數是平均為 36 的卜瓦松,即使速率在那兩小時內從 10 攀升到 26。

把 lambda*t 換成 lambda(t) 下的面積:計數是以該積分平均為均值的卜瓦松。

當速率變化時,到達間隔時間不再是同分布的指數——只有窗口內的計數仍是卜瓦松,其平均現在等於 lambda 在該窗口上的積分。

又称
NHPPinhomogeneous Poisson processtime-varying rate process非齊次卜瓦松過程時變速率過程