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马尔可夫链中平稳分布的定义是什么?

平稳分布(也称为不变分布)是一个概率分布行向量 π\pi,当它与马尔可夫链的转移矩阵 PP 相乘时保持不变。这意味着如果系统从该分布开始,它在所有未来的时间步都将保持在该分布中。

适用条件

  • π\pi 是一个行向量。
  • PP 是马尔可夫链的转移矩阵。
  • π\pi 的元素是非负的且总和为 1。

理解与推导

  1. 从时间 nn 的分布的一般公式开始:πn=π0Pn\pi_n = \pi_0 P^n。
  2. 考虑分布从一个时间步到下一个时间步不发生变化的情况,即 πn+1=πn\pi_{n+1} = \pi_n。
  3. 如果我们令 πn=π\pi_n = \pi,那么 πn+1=πP\pi_{n+1} = \pi P。将它们设为相等得到 πP=π\pi P = \pi。
  4. 满足 πP=π\pi P = \pi 的分布 π\pi 被称为平稳分布或不变分布。

例子

黑板上显示了方程 πP=π\pi P = \pi。演讲者说:“有一个特殊情况,当行向量 pi 乘以这个 p 时不发生变化……我们称 pi 为平稳分布。换句话说,我们称之为不变分布。”

容易误解的地方

  • 认为平稳分布意味着系统永远卡在一个特定的状态;它是对所有状态的分布。
  • 将平稳分布与初始分布 π0\pi_0 混淆。

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