空间泊松点过程

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泊松(possion)过程

泊松(possion)过程

显然有:
p( i
m j
)
(n)

0
(i, j ∈ S)
∑ p(m) ij
(n)
=
1
j∈S
m = 1时,即为一步转移矩阵。
(i ∈ S)
规定:
p( i
0) j
(n)
= δi j
=
1 0
i= j i≠ j
(二)切普曼-柯尔莫哥洛夫(C-K)方程
定理:对于 m 步转移概率有如下的 C-K 方程:
∑ p (m+r ij
= ∑ P{X (n + m + r) = j X (n + m) = k}P{X (n + m) = k X (n) = i} k∈S
∑ =
p(m) ik(n)Leabharlann p(r) kj(n
+
m)
k∈S
对于齐次马氏链的情形:我们可以写成矩阵的形式即有:
P = P P (m+r)
(m) (r)
中科院研究生院 2008~2009 第一学期 随机过程讲稿 孙应飞
考虑顾客到达一服务台排队等待服务的情况。
若服务台前至少有一顾客等待,则在单位时间周期内,服务员完成一个顾客
的服务后,该顾客立刻离去;若服务台前没有顾客,则服务员空闲。
在一个服务周期内,顾客可以到达,设第 n 个周期到达的顾客数ξn 是一个取 值为非负整数的随机变量,且{ξn , n ≥ 1} 相互独立同分布。在每个周期开始时 系统的状态定义为服务台前等待服务的顾客数。若现在状态为 i ,则下周期的状 态 j 应该为:
中科院研究生院 2008~2009 第一学期 随机过程讲稿 孙应飞
第二章 Markov 过程

泊松分布知识点总结

泊松分布知识点总结

泊松分布知识点总结1. 泊松分布的基本概念泊松分布是指在一个单位时间或单位空间内,某种随机事件发生的次数的概率分布规律。

具体来说,设随机变量X表示在单位时间内或单位空间内发生某种事件的次数,则X服从泊松分布的概率质量函数为:P(X=k) = (λ^k * e^(-λ)) / k!其中,λ是单位时间或单位空间内平均发生的事件次数,k=0,1,2,...是事件发生的次数。

泊松分布具有以下几个特点:(1)事件是离散的,即事件发生的次数只能是0,1,2,...无穷个;(2)事件是相互独立的,即事件在单位时间或空间内发生的次数与其他时间段无关;(3)事件是稀有的,即在很短的时间或空间内,事件发生的概率较小;(4)λ是事件发生的强度参数,表示在单位时间或空间内事件发生的平均次数。

2. 泊松分布的性质(1)数学期望:泊松分布的随机变量X的数学期望为E(X) = λ;(2)方差:泊松分布的随机变量X的方差为Var(X) = λ;(3)与二项分布的关系:当二项分布的n很大,p很小时,二项分布近似于泊松分布,当n趋向无穷大,p趋向0,np=λ时,二项分布B(n,p)可近似表示泊松分布P(λ)。

3. 泊松分布的应用泊松分布在实际应用中有着广泛的用途,主要包括以下几个方面:(1)电话交换机呼叫数目:当电话交换机平均每小时接到λ个呼叫时,每小时接到k个呼叫的概率可以用泊松分布来描述;(2)交通事故发生数目:假设某地区平均每天发生λ起交通事故,每天发生k起事故的概率可以用泊松分布来描述;(3)放射性原子核衰变数目:放射性核物质的衰变数目服从泊松分布;(4)网络数据包到达数目:网络数据包到达的数目服从泊松分布,可以用来描述网络通信中的数据包到达模式。

4. 泊松分布的推导与证明泊松分布的推导通常涉及到概率论和数理统计领域的知识,接下来我们对泊松分布的推导过程进行简要介绍。

设事件在一个很小的时间段Δt内发生的概率为λΔt (λ为单位时间内事件发生的平均次数),设事件在不重叠的时间段内发生的次数是相互独立的随机变量,那么在nΔt时间段内,事件发生k次的概率可以表示为:P(X=k) = C(n, k) * (λΔt)^k * (1-λΔt)^(n-k)其中C(n, k)为组合数。

第三章 泊松过程

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

泊松过程poisson

泊松过程poisson
分析、推荐系统等。
研究如何将泊松过程与其他 随机过程进行更有效的结合,
以更好地描述复杂现象。
探索如何利用机器学习方法改 进泊松过程的参数估计和模型 选择,以提高模型的预测能力
和解释性。
THANKS
泊松分布的性质
泊松分布具有指数衰减的性质, 即随着时间的推移,事件发生的
概率逐渐减小。
泊松分布的期望值和方差都是参 数λ(λ > 0),即E(X)=λ, D(X)=λ。
当λ增加时,泊松分布的概率密 度函数值也增加,表示事件发生
的频率更高。
泊松分布的应用场景
通信网络
泊松分布用于描述在一定 时间内到达的电话呼叫或 数据包的数量。
生物信息学中的泊松过程
在生物信息学中,泊松过程用于描述基因表达、蛋白质相互 作用等生物过程中的随机事件。例如,基因表达数据可以用 泊松过程来分析,以了解基因表达的模式和规律。
通过泊松过程,生物信息学家可以识别出与特定生物学功能 或疾病相关的基因,为药物研发和个性化医疗提供有价值的 线索。
06 泊松过程的扩展与展望
交通流量分析
泊松分布用于描述在一定 时间内经过某个地点的车 辆数量。
生物学和医学研究
泊松分布可以用于描述在 一定时间内发生的事件数 量,例如基因突变或细菌 繁殖。
04 泊松过程的模拟与实现
离散时间的模拟
01
定义时间间隔
首先确定模拟的时间区间,并将其 划分为一系列离散的时间点。
随机抽样
使用随机数生成器,在每个时间间 隔内随机决定是否发生事件。
有限可加性
在有限的时间间隔内,泊松过 程中发生的事件数量服从二项
分布。
与其他随机过程的比较
与马尔可夫链的比较

空间点过程与随机测度

空间点过程与随机测度

泊松分布。当M趋近于无穷大,每个p_i分别趋近于0,并且总和保持为C,那么在极 限条件下,X_1 + X_2 + …,严格服从以C为均值的泊松分布。(熟悉概率理论的朋友 应该知道,这样的描述其实是指“按分布收敛”。)
所以,当我们对空间进行无限细分,在极限条件下,会发生下面的事情:
1. 每个格子的大小趋近于零,因而里面包含点的概率趋近于零; 2. 同时,某个固定区域内的格子数目趋近于无穷大; 3. 一个格子内几乎肯定不会出现两个点,因此某个区域内的点数几乎相等于区域内的包含
对于泊松过程,我相信很多朋友不是今天才第一次听说的了。因为,它是很多初级随机过程 课程所讲授的内容之一。在初级教科书里面,泊松过程是一个定义在时间上的过程。
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06/08/2015 10:20 PM
空间点过程与随机测度 | 小眉
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由于各种各样的原因,我们每天看到的星空中星星的分布可能都在变化。即使同一个区域, 里面包含的星星数目也可能是不确定的——这就是概率理论能发挥作用的时候了。对于每个 给定的区域,我们认为里面的星星数目是个随机变量,比如上面所说的N(A)和N(B)。为了我 们的讨论能够继续进行,需要做出一些简化假设。在这里,我们的假设很简单:
对于任意的区域 A,在A里面的点的数目 N(A) 服从泊松分布(Poisson Distribution)。
这里说“任意区域”其实是不太严格的——在正式的数学定理中,泊松过程所基于的空间必须 是一个测度空间(measure space),这里的区域A,必须是一个可测集(measurable set)。不熟悉 测度理论的朋友可以不妨暂且认为这个区域是任意的吧——因为,在实际常见的几乎所有几 何空间里,你能想象出来的集合都是可测集,而不可测的集合只存在于数学家的奇怪构造 中。

泊松过程

泊松过程

第二讲 泊松过程1.随机过程和有限维分布族现实世界中的随机过程例子:液体中,花粉的不规则运动:布朗运动;股市的股票价格; 到某个时刻的电话呼叫次数;到某个时刻服务器到达的数据流数量,等。

特征:都涉及无限多个随机变量,且依赖于时间。

定义(随机过程) 设有指标集T ,对T t ∈都有随机变量)(t X 与之对应,则称随机变量族}),({T t t X ∈为随机过程。

注 一个随机过程是就是一个二元函数E T t X →⨯Ωω:),(。

固定ω,即考虑某个事件相应的随机变量的值,得到函数R T t X →:),(ω称为样本函数或轨道或一个实现。

映射的值域空间E 称为状态空间。

例 随机游动(离散时间,离散状态)质点在直线上每隔单位时间位置就发生变化,分别以概率p 或概率p -1向正或负向移动一个单位。

如果以n S 记时刻n 质点所处的位置,那么就得到随机过程{,0}n S n ≥。

这里指标集},1,0{ =T ,状态空间},1,0,1,{ -=E 。

如果记n X 为时刻n ,质点的移动,那么{,1}n X n ≥也是随机过程。

两个过程的区别:{}n S 不独立;{}n X 独立; 两个过程的关系:01nn kk S S X==+∑习题 计算n ES 和n DS (设00S =)。

提示 利用∑==nk kn XS 1,其中k X 是时刻k 的移动方式。

习题 设从原点出发,则()/2()/2()/2,2()0,21n k n k n k n n C q p n k iP S k n k i +-+⎧+===⎨+=-⎩。

例 服务器到达的数据流(连续时间,离散状态)在],0[t 内,到达服务器的数据包个数记为)(t N ,那么}0),({≥t t N 也是个随机过程,其指标集}{+∈=R t T ,状态空间},1,0{ =E 。

例 布朗运动(连续时间,连续状态)直线上质点的位移是连续的。

在时刻t 的位置为t X 。

证明泊松过程是马尔可夫链

证明泊松过程是马尔可夫链

证明泊松过程是马尔可夫链泊松过程是一种常见的随机过程,它具有马尔可夫性质。

本文将通过阐述泊松过程的定义、特点以及马尔可夫链的概念,来证明泊松过程是马尔可夫链。

我们来了解一下泊松过程的定义。

泊松过程是一种随机过程,其描述了在一段时间内某个事件发生的次数。

泊松过程具有以下几个特点:1. 事件发生的次数是离散的,且是无限可数的。

2. 事件发生的概率只与时间间隔有关,而与具体的时间点无关。

3. 事件之间的发生是相互独立的,即一个事件的发生不会影响其他事件的发生。

接下来,我们来了解一下马尔可夫链的概念。

马尔可夫链是一种随机过程,其状态在给定当前状态下,未来状态的条件概率分布只与当前状态有关,而与过去状态无关。

马尔可夫链具有以下几个特点:1. 未来状态的条件概率分布只与当前状态有关,而与过去状态无关。

2. 状态空间是离散的,且是有限可数或无限可数的。

3. 在任意时刻,状态的转移只与当前状态有关,而与过去状态无关。

现在我们来证明泊松过程是马尔可夫链。

根据泊松过程的特点,可以看出泊松过程满足马尔可夫链的定义。

具体来说,泊松过程的状态可以表示为事件发生的次数,而状态之间的转移是离散的。

根据泊松过程的第二个特点,事件发生的概率只与时间间隔有关,而与具体的时间点无关,这意味着未来状态的条件概率分布只与当前状态有关,而与过去状态无关,满足马尔可夫链的第一个特点。

此外,根据泊松过程的第三个特点,事件之间的发生是相互独立的,即一个事件的发生不会影响其他事件的发生,这也满足马尔可夫链的第三个特点。

泊松过程具有马尔可夫性质,即泊松过程是马尔可夫链。

泊松过程的马尔可夫性质使得其在实际应用中具有重要的意义。

例如,在通信系统中,泊松过程可以用来描述数据包的到达时间,从而帮助我们设计和优化系统的性能。

此外,在排队论中,泊松过程也被广泛应用于描述顾客到达和服务的过程。

总结起来,泊松过程是一种具有马尔可夫性质的随机过程。

泊松过程的马尔可夫性质使得其在实际应用中具有重要的意义。

泊松过程的概率分布

泊松过程的概率分布

泊松过程的概率分布泊松过程是一种经典的随机过程,它描述了在一定时间内发生某个随机事件的数量。

在物理学、金融学、生物学、电信等领域都有着广泛的应用。

泊松过程的概率分布是泊松分布,本文将介绍泊松过程的概率分布,包括定义、性质、应用等方面。

一、泊松过程的定义泊松过程是一种随机过程,它描述在一定时间内发生某个随机事件的数量。

泊松过程的特点是:1. 在一个时间段内发生的事件数量是独立的,即一个时间段内的事件数量不受其他时间段的事件数量的影响;2. 每个事件的发生概率是一样的,即在一个固定时间段内,每个事件发生的概率相同;3. 事件的发生率是恒定的,即在一个固定时间段内,事件的发生率不会发生变化。

根据泊松过程的定义,我们可以得出泊松过程的概率分布。

二、泊松过程的概率分布泊松分布描述的是在一个时间段内,事件发生次数的概率分布。

假设一个时间段内平均发生了λ次事件,那么在这个时间段内发生k次事件的概率可以用泊松分布表示为:P(k|\lambda) = \frac{e^{-\lambda}\lambda^k}{k!} 其中,k表示在这个时间段内发生k次事件的概率,\lambda表示在这个时间段内平均发生了λ次事件。

P(k|\lambda)表示在一个平均发生λ次事件的时间段内,发生k次事件的概率。

该概率满足以下几个重要性质:1. 非负性:P(k|\lambda)≥0;2. 归一性:概率分布的和为1,即∑_{k=0}^{\infty}P(k|\lambda)=1;3. 单峰性:概率分布在λ处取得峰值,即当k=\lambda时,P(k|\lambda)最大。

三、泊松分布的性质泊松分布有许多重要的性质,这些性质有利于在实际应用中充分发挥泊松过程的作用。

以下是泊松分布的几个重要性质:1. 均值和方差:泊松分布的均值和方差都等于λ,即E[k]=λ,Var[k]=λ。

2. 可数性:泊松分布是可数的,即 P(k|\lambda) 对所有的k ∈ N 都有定义。

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Spatial Poisson Processes
The Spatial Poisson Process
Consider a spatial configuration of points in the plane:
Notation:
Let S be a subset of R2. (R, R2, R3,…)
Using p=0.9, p1=0.7, and p2=0.8, explore the values of 1 and 2 that will give the insect population a 95% chance of surviving. Use the hugely simplifying assumption that there is no time component to this process (and, in particular, that offshoot plants do not have further offshoots)
for n1+n2+…+nm = n.
n1
n2
nm
(Multinomial distribution)
Simulating a spatial Poisson pattern with intensity over a rectangular region S=[a,b]x[c,d]. simulate a Poisson( ) number of points
In fact, for any B A , we have
|B| P(N(B) 1| N(A) 1) |A |
Proof:
P(N(B) 1, N(A) 1) P(N(B) 1| N(A) 1) P(N(A 1))
P(N(B) 1, N(A BC ) 1) P(N(A 1))
|B| e e -|A| |A |e
- |B|
- |A BC|
|B| |A |
So, we know that,பைடு நூலகம்for k=0,1,…,n:
n |B| P(N(B) k | N(A) n) k |A |
k
|B| 1 - |A |
Then {N(A)}A A is a homogeneous Poisson point process with intensity 0 if: For each A A , N(A) ~ Poisson( |A|) .
For every finite collection {A1, A2, …, An} of disjoint subsets of S, N(A1), N(A2), …, N(A3) are independent.
Let A be the family of subsets of S.
For A A , let |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.)
e-|A|( |A |)k P(N(A) k) k!
for k=0,1,2,…
Consider a subset A of S: There are 3 points in A… how are they distributed in A?
A
Expect a uniform distribution…
P(N(A) 1) |A| o(|A|)
iv. There is probability zero of points overlapping:
P(N(A) 1) lim 1 |A|0 P(N(A) 1)
If these axioms are satisfied, we have:
Rather than drawing uniformly distributed locations for the seeds, we can simulate the numbers for each quadrat separately (and ignore locations) using the fact that each quadrat will contain Poisson( pii /100) germinating seeds.
Tips on simulating this:
Keep in mind that we don’t really have to keep track of where the individual plants are, only the number in each quadrat. Note that we don’t have to consider germination of the plants as a second step after the arrival of the seeds– instead consider a thinned Poisson number of plants of Type i with rate pii .
p

)
So, the surviving seeds continue to be distributed “at random”.
Simulation Problem:
Two types of seeds are randomly dispersed on a one-acre field according to two independent Poisson processes with intensities 1 and 2 . Type 1 and type 2 seeds will germinate with probabilities p1 and p2, respectively. Type 1 plants will produce K offshoot plants on runners randomly spaced around the plant where K~geom(p). (P(K=0)=p) Suppose that the one-acre field is evenly divided into 10x10 quadrats.
- U e i i 1 N 1
(perhaps by finding the smallest number N such that)
scatter that number of points uniformly over S
(for each point, draw U1, U2, indep unif(0,1)’s and place it at ((b-a)U1+a),(d-c)U2+c)
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|.
iii. There exists a 0 such that
Suppose now that the probability that a seed germinates is p and that they are not sufficiently packed together to interact at this stage.
Question: What is the distribution of the number of germinated seeds? Answer: This is a thinned Poisson process… with rate p . (accept probability is
n -k
ie: N(B)|N(A)=n ~ bin(n,|B|/|A|)
Generalization:
For a partition A1, A2, …, Am of A:
P(N(A1 ) n1, N(A2 ) n2 , ... , N(Am ) nm | N(A) n)
|A 1 | |A 2 | |A m | n! n1! n2 !nm ! |A | |A | | A |
Alternatively, a spatial Poisson process satisfies the following axioms: i. If A1, A2, …, An are disjoint regions, then N(A1), N(A2), …, N(An) are independent rv’s and
Assume that the number of offshoot plants that fall into a quadrat different from their parent plants is negligible. A particular insect population can only be supported if at least 75% of the quadrats contain at least 35 plants.
For x>0,
FD (x) P(D x) 1 - P(D x)
1 - P(no other particles in disk centered 2 at the particle with area x )
1- e
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