卜瓦松過程與點過程

更新過程(renewal process)

卜瓦松過程堅持事件之間的間隔是指數的。但許多真實的週期並非如此:燈泡在被更換前有一個相當可預測的壽命、機器零件磨損一段典型時間後才故障、公車跑一條大致固定的路線時間。更新過程保留了系統在每個事件處「重新開始」這個美麗想法,卻甩開了指數的緊身衣:間隔是獨立同分布的,來自「任何」你喜歡的分配。

形式上,令到達間隔時間 T1, T2, T3, ... 為獨立同分布,具某個共同分配 F(任何正值分配,不必是指數)。到達時刻是部分和 Sn = T1 + ... + Tn,而計數過程 N(t) 計入到時刻 t 為止發生了多少次更新。每次更新都是一個乾淨的重啟——過程忘掉一切,開始一個新的獨立週期——這正是其名稱的由來。卜瓦松過程恰好是 F 為指數的特例;那個特例之所以獨特,在於它在間隔中途也無記憶,但「每一個」更新過程在更新時刻本身都是無記憶的。

更新理論是更換、維護、可靠度與存貨的天然框架:它回答「到時刻 t 為止有多少次更換?」「長期更換率是多少?」「機器停機的時間比例是多少?」最重要的長期事實是更新報酬的直覺:在長時間視野下,事件的平均速率趨向 1 / E[T],即平均間隔的倒數——所以一個平均維持 5 年的零件,其長期更換率是每年 1/5。為一般化間隔所付的代價是:計數 N(t) 不再是卜瓦松,且精確公式變得更難,這正是為何更新理論有那麼多是關於長期(漸近)行為。

燈泡平均維持 E[T] = 1000 小時,壽命取自某個非指數的分配;每個一壞掉就立刻更換。在長期下,燈泡以約每小時 1/1000 的平均速率被更換,即大致每 1000 小時一個——不論壽命分配的確切形狀為何,只有它的平均對長期速率有影響。

任意獨立同分布的間隔,每個事件處重新開始;長期事件速率趨向 1/E[T]。

卜瓦松過程是間隔為指數的特殊更新過程。甩開指數後,你保留了重新開始的想法,卻失去了卜瓦松計數與大多數封閉形式的公式。

又称
renewal counting process更新過程更新計數過程