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泊松过程合成和分解.ppt

例:设{X n}Markov链,状态空间 I {0,1}, p01 p10 1.则所有状态互达。 集合{n 1: p00 (n) 0} {2,4,6,...}, 其最大公约数为 2,d (0) 2. {X n}不遍历
例:设{X n}Markov链,状态空间 I {0,1}, p01 1, p10 p11 0.5.则所有状态互达。 集合{n 1: p11(n) 0} {1,2,3,4,...}, 其最大公约数为 1,d (1) 1.
例1:有10把步枪,其中两把已校正,命中率为p1; 其余
未校正,命中率为p2 ,这里p1 p2.某人任取一把开始打靶,
令X n为第n次命中的次数,即X n
1 0
第n次命中 第n次未命中
(1)对n
m,求(X
n,X
)的联合分布律和边缘分布律。
m
(2)以Sn表示前n次命中的次数,求Sn的分布律。
(3)若p1 1,p2 0,写出所有样本函数,写出Sn的分布律.
若i可达j, j可达i,则称i和j互达
设i是一个状态,定义 i的周期 d (i)为 集合{n 1: pii (n) 0}的最大公约数。 若d (i) 1,则称i非周期;否则称 i是周期的
性质:若 i和j互达,则 d(i) d( j)
定理:设{X n}是状态有限的 Markov链, 并且所有状态互达。则 以下3条相互等价。 (1){X n}遍历; (2)所有状态非周期; (3)某一状态非周期。
此时对n
m,X
n和X
独立吗?为什么?
m
解: 令A "取到已校正的枪", 由全概率公式得:
(1) p11 P( X n 1, X m 1)
P( X n 1, X m 1| A)P( A) P( X n 1, X m 1| A)P( A) 0.2 p12 0.8 p22; 同理p01 p10 0.2 p1(1 p1) 0.8 p2 (1 p2 ); p00 0.2(1 p1)2 0.8(1 p2 )2 P( X n 0) 0.2(1 p1) 0.8(1 p2 ) P( X n 1) 0.2 p1 0.8 p2
第三章 泊松过程

第一节、泊松过程的基本概念
证明: (1) 0 N (0) N1 (0) N2 (0) 可得 N1 (0) N2 (0) 0 (2)由N(t)的独立增量性可得,N1 (t ), N2 (t ) 也为独立增量过程; (3)记 N (t s) N (t ) N (t , t s) P[ N1 (t , t s ) k1 ]
泊松过程(Poisson process)最早由法国人Poisson于 1837年引入。
主 要 内 容
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
泊松过程的基本概念 相邻时间的时间间隔 剩余寿命与年龄 非时齐泊松过程 复合泊松过程 更新过程
第一节、泊松过程的基本概念
一、定义 一随机过程N (t ), t 0 ,若满足条件: (1)是一计数过程,且N(0)=0; (零初值性) (2)任取 0 t1 t2 tn , (独立增量过程) N (t1 ), N (t2 ) N (t1 ), , N (tn ) N (tn1 ) 相互独立; (3)s, t 0, n 0, P[ N (s t ) N (s) n] P[ N (t ) n] (增量平稳性) (4)对任意 t 0 和充分小的 t 0 ,有 P[ N (t t ) N (t ) 1] t o(t ) P[ N (t t ) N (t ) 2] o(t ) 称N (t ), t 0 是强度 为的时齐泊松过程。 其中 0 称 为强度常数。
即 N (s t ) N ( s) 是参数为 t 的泊松分布。
证明
第一节、泊松过程的基本概念
泊松过程的等价定义: 一计数过程N (t ), t 0 ,若满足条件: (1)N(0)=0; (2)N(t)是独立增量过程; (3)对 s, t 0, N (s t ) N (s) P(t ) ,即
随机过程第三章 泊松过程 ppt课件

第 n次事件发生的时刻, X n 是第 n次与第n 1 次事件发生
的时间间隔.
一. X n和 T n 的分布
定理3.2 X n (n 1)服从参数为 的指数分布,且相互独立.
证 当 t 0时,有
F 1 ( t ) P { X 1 t } 1 P { X 1 t } ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1 P { N ( t ) 0 }
重复以上的推导可证定理之结论.
定理3.3 Tn ~(n,)
n
证 由于 Tn
Xi
i 1
故由定理3.2以及引理的结论马上可得本定理之结论.
注:1 (n,)的概率密度为
fTn (x) et
(t)n1
(n1)!
2. {T nt} {N (t)n}
(t 0)
由定理3.2,我们给出泊松过程的另一个等价定义.
p 的泊松过程.
证 M (t)满足定义3.2中的前两个条件是显然的,下证它也 满足第三个条件.
显然, M (t)的可能取值为 0,1,2, ,并且由全概率公式,有
P { M (t) m } P { M (t) m |N (t) n } P { N (t) n } n 0
而 P { M (t) m |N (t) n } 0 若 nm
f (x)() x1ex, x0
0,
x0
则称 X服从参数为 , 的 分布,记为 X~(,)
当 1 时,就是参数为 的指数分布.
(4) 分布关于参数 具有可加性.即若 X~(1,),
Y~(2,),且 X与 Y独立,则
X Y~ (1 2,)
指数引分理布,则设有X1,X2, ,Xn 相互独立且均服从参数为 的 X 1 X 2 X n ~ ( n ,)
空间泊松过程

空间泊松过程1. 简介空间泊松过程(Spatial Poisson Process)是一种常用于描述随机事件在空间中分布的数学模型。
它是一种二维或三维的随机过程,用来描述在给定空间中随机事件(例如点、线、面)的出现情况。
空间泊松过程在很多领域都有广泛的应用,如地理学、物理学、生态学和通信工程等。
2. 定义空间泊松过程是一个随机点过程,其定义如下:•在给定的空间区域中,随机点的数量是随机的。
•任意两个点之间的距离是独立同分布的。
•在不同的子区域中,点的数量是独立的。
3. 性质空间泊松过程具有以下性质:3.1. 点的数量分布给定一个空间区域,假设该区域的面积(或体积)为A。
如果单位面积(或单位体积)内的平均点数为λ,则空间泊松过程的点的数量N服从泊松分布,其概率质量函数为:P(N=k) = (λA)^k * exp(-λA) / k!3.2. 点的分布密度函数空间泊松过程的点是随机分布的,其分布密度函数可以用核密度估计方法来估计。
核密度估计是一种非参数估计方法,通过在每个点处放置一个核函数,然后将所有核函数叠加起来,得到点的分布密度函数。
3.3. 点的强度函数空间泊松过程的强度函数描述了点的密度在空间中的变化情况。
强度函数可以是常数,也可以是空间的函数。
在一维空间中,强度函数表示单位长度内的点的平均数量;在二维空间中,强度函数表示单位面积内的点的平均数量;在三维空间中,强度函数表示单位体积内的点的平均数量。
3.4. 点的空间关联性空间泊松过程的点之间是独立的,即一个点的出现不会影响其他点的出现。
这种独立性可以通过点的间距分布来描述。
常见的间距分布有指数分布、高斯分布和均匀分布等。
4. 应用空间泊松过程在各个领域都有广泛的应用。
4.1. 地理学地理学中常用空间泊松过程来描述地理现象的分布,如城市的人口分布、道路网的分布和地震的发生等。
通过对空间泊松过程的研究,可以更好地理解地理现象的规律性和随机性。
4.2. 物理学物理学中的粒子分布、原子核的排列和宇宙中星系的分布等现象都可以用空间泊松过程来描述。
第3讲第三章泊松过程

P Tn t T1 s1,,Tn1 sn1 P Nt s1 sn1 Ns1 sn1 1T1 s1,,Tn1 sn1
PN t s1 sn1 N s1 sn1 1
1 PN t s1 sn1 N s1 sn1 0
(2) N(t)是独立增量过程;
(3) 对一切0≤s,t, N(t+s) -N(s) ~P(λt),即
P[N (t s) N (s)] k et [t]k , k 0,1, 2,
k! 称{N( t ),t≥0)是参数为λ的齐次泊松过程.
注1 从增量分布知:齐次泊松过程也是平稳增量过程.
注2 N(t) ~P(λt).
et (t)k1 dt
t0
(k 1)!
例3.3 设N1(t)和N2( t )分别是强度为λ1和λ2的相互独立的
泊松过程, Wk1为过程N1(t)的第k个事件的到达时间,
W12 为过程N2(t)的第1个事件的到达时间,求 P Wk1 W12
解: fwk1
x
e1x 1
1 x k1
(k 1)!
所以3.2→定义3.3
再证 由定义3.3 → 定义3.2
即:需证明 N(t s) N(s) ~ t 由于是平稳增量故只需证 N(t) ~ t
记:Pn t PN(t) n
下面我们依次求Po(t), P1(t),…, Pk(t) ,…
首先,由定义3.3中的条件(3):
P1 h h oh
P0
0
1,由条件1
N
0
0
解得p0 (t) et , t 0
当n≥1时, n
pn (t h) pk (h)pnk (t) k 0 p0 (h) pn (t) p1(h) pn1(t) oh
第三章泊松过程PPT课件

P1(t)tet
下面用归纳法证明 Pn (t )
et
( t )n
n!
成立。
假设 Pn1(t ) et
(t )n1 ,由前推导知
n1 !
d
dt
e tPn (t)
e tPn1(t)
e te t ( t)n1 (n 1)!
( t)n1
(n 1)!
积分得
et
Pn(t)
(t)n
n2
n!
故定义3.2蕴涵定义3.3。
下面来证明定义3.3蕴涵定义3.2。 令
P n ( t ) P { X ( t ) n } P { X ( t ) X ( 0 ) n } 由定义3.3的(2)和(3),有
P0(th)P{X(th)0}P{X(th)X(0)0} P{X(t)X(0)0,X(th)X(t)0}
所以
P n (t) P n (t)P n 1 (t)
e t P n ( t)P n ( t)e tP n 1 ( t)
因此
d
dt
etPn(t)
etPn1(t)
当n=1时,
d d tetP 1(t)etP 0(t)ete t
即 P1(t)(tc)et
由于 P1(0) 0 ,代入上式得
泊松过程是计数过程的最重要的类型之一,其定义如下:
定义 3.2 称计数过程{X(t),t 0}为具有参数 >0 的
泊松过程,若它满足下列条件
(1) X(0)= 0;
(2) X(t)是独立增量过程;
(3) 在任一长度为t 的区间中,事件A发生的次数
服从参数 >0 的泊松分布,即对任意s,t>0,有
得
P0(t) et
泊松过程 ppt课件

P{X(njt2)-X(0)=n-j,X(t+h)-X(t)=j}.
根据定义3.3的(2)与(3),得
Pn(t+h)=Pn(t)P0(h)+Pn-1(t)P1(h)+o(h) =(1-λh)Pn(t)+λhPn-1(t)+o(h) 于是,有
则称 { n n 1 }
以 T n ( n 1 ) 表 示 第 n 1 次 发 生
则称 { T n n 1 }
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定理3.2
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设{ X (t) , t 0 }是参数为 ( 0 )的泊松过程,
则到达时间间隔序列T1,T2, 是相互独立的随机变量序列,
且都有相同的均值为1/ 的指数分布。
故定义3.3蕴涵定义3.2.
n!
第二节 泊松过程的基本性质
一.数字特征
设{ X (t) , t 0 }为泊松过程,对任意的 t, s [0, ),
且s t,有 E [ X ( t ) X ( s ) ] D [ X ( t ) X ( s ) ] ( t s ) 由于X(0)0,故
第三章 泊松过程(Poisson process)
第一节 泊松过程的定义和例子 第二节 泊松过程的基本性质 第三节 非齐次泊松过程 第四节 复合泊松过程
第一节 泊松过程的定义和例子
1.计数过程
如果用 N(t) 表示到时刻 t 为止已发生的“事件 A”的总数, 若 N(t) 满足下列条件:
(1) N(t) 0
k!
k0,1,2,
则称 X (t) 为具有参数 的泊松过程。
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注意 从条件(3)可知泊松过程有平稳增量,且
泊松分布专题教育课件

P{X x} e x
x!
x 0,1, 2,
为大于0的常数,X 服从以为
参数的Poisson分布 X ~ P()
在处旳概率最大
在处旳概率最大
Poisson分布主要用于描述在单位 时间(空间)中稀有事件旳发生数
例如: 1. 放射性物质在单位时间内旳放射次数; 2. 在单位容积充分摇匀旳水中旳细菌数; 3. 野外单位空间中旳某种昆虫数等。
Z 检验旳条件: n1p1 和n1(1- p1)与 n2p2 和n2(1- p2)均 >5
•Poisson(泊松)分布
•取名于法国数学家
SD Poisson(1781-1840)
第四节 泊松分布旳概念
• 当二项分布中n很大,p很小时,二项分布就 变成为Poisson分布,所以Poisson分布实际 上是二项分布旳极限分布。
2.正态近似法 当 n 较大、p 和 1-p 均不太小,如 np 和 n(1-p)
均大于 5 时,样本率的分布近似正态分布,可采用检验统计量
Z
p 0 0 (1 0 )
n
,作样本率 p
与已知总体率π0 的比较。
例 新治疗方法治疗 180 人,117 人治愈。常规治疗方法的治
愈率π0=0.45。新治疗方法是否更好。
则 3只白鼠中死亡白鼠数 X服从以
n=3、 =0.4 的 二 项 分 布 ,
即 X~ B(3,0.4), X 各 取 值 的 概 率 :
P(X=0)=
(
3 0
)0.4
0
(1
0.4)
30
=
0
.
2
1
6
P ( X = 1 ) = (13)0.41(1 0.4)31 = 0 . 4 3 2
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Alternatively, a spatial Poisson process satisfies the foll, …, An are disjoint regions, then N(A1), N(A2), …, N(An) are independent rv’s and
N(A1 U A2 U … U An) = N(A1) + N(A2) + … + N(An)
ii. The probability distribution of N(A) depends on the set A only through it’s size |A|.
5
iii. There exists a s0uch that
over a rectangular region S=[a,b]x[c,d].
simulate a Poisson( )number of points
(perhaps by finding the smallest number N such that)
N1
Ui e-
i1
scatter that number of points uniformly over S
P(N(kA )e)-|A |(|A|)k
k!
for k=0,1,2,…
7
Consider a subset A of S: There are 3 points in A… how are they distributed in A?
A
Expect a uniform distribution…
|B | |A|
9
So, we know that, for k=0,1,…,n:
P(N k|(N B( )n A ) )n k ||A B || k 1 -||A B || n -k
ie: N(B)|N(A)=n ~ bin(n,|B|/|A|)
10
Generalization: For a partition A1, A2, …, Am of A: P1 ) ( n 1 , N N 2 ) n ( ( 2 , . A A , N .. m ) n ( m |A N n (A )
Let’s determine the (random) distance D between a particle and its nearest neighbor.
For x>0,
FD(x)P(D x)1-P(Dx)
1 -P(o nto h pe arritn id cilc s ee ksnter
8
In fact, for any B, Awe have P(N(1B | N) (A 1))|B| |A|
Proof:
P(N 1 |N (B (1 A ))P ) (N 1N (,B (1 A ))) P( N 1()A )
P(N(1 BN ,) (A BC)1) P(N(1A))
|B| e-|B| e-|ABC| | A| e-|A|
14
Example: Spatial Patterns in Statistical Ecology
Spatial Poisson Processes
1
The Spatial Poisson Process
Consider a spatial configuration of points in the plane:
Notation:
Let S be a subset of R2. (R, R2, R3,…) Let A be the family of subsets of S.
process with intensity i0f:
For each AA, N(A ~P ) oiss|oA|n).(
For every finite collection {A1, A2, …, An} of disjoint subsets of S, N(A1), N(A2), …, N(A3) are independent.
For AAl,et |A| denote the size of A. (length,
area, volume,…)
Let N(A) = the number of points in the set A.
(Assume S is normalized to have volume 1.)
3
Then {N(A)A }isAa homogeneous Poisson point
atthpeartw ica iltre h e x2)a
1-e-x2
13
So, for x>0.
fD (x)d dF x D (x)2x e-x2
In 3-D we could show that:
-4x3
FD(x) 1-e 3
fD (x)d dF x D (x4 ) x2e -4 3 x3
P( N 1 ( )|A A | o )A (|) |
iv. There is probability zero of points overlapping:
limP(N(A 1) )1 |A|0 P(N(A 1))
6
If these axioms are satisfied, we have:
(for each point, draw U1, U2, indep unif(0,1)’s and place it at ((b-a)U1+a),(d-c)U2+c)
12
Consider a two-dimensional Poisson process of
particles in the plane with intensity parameter .
n 1 !n 2 n ! n !m ! ||A A 1 || n 1 ||A A 2 || n 2 ||A A m || n m
for n1+n2+…+nm = n.
(Multinomial distribution)
11
Simulating a spatial Poisson pattern with intensity