基于马尔科夫链在金融中的应用

基于马尔科夫链在金融中的应用
基于马尔科夫链在金融中的应用

基于马尔科夫链在金融中的应用

摘要:讨论了我国金融的发展现状及趋势,针对金融中常见的经济问题,建立相应的马尔可夫链模型,并运用马尔可夫链的相关理论为金融的经济活动进行了定量的研究,同时也阐述了马尔可夫链在经济预测中的基本思想、应用、模型预测的结果说明。实例表明,马尔可夫链模型及方法在金融活动分析中是可行和适用的,可广泛应用于解决金融中常见的预测及决策问题。

关键词:马尔可夫链;市场预测;平均利润预测;转移概率矩阵

1引言

马尔可夫链最初由俄国数学家Markov于1906年的研究而得名,Kolmogorov,Feller和Doob等数学家继续发展了这一理论,它是随机过程的重要组成部分,同时它在自然科学、工程技术、金融及经济管理等各领域中都有着广泛的应用[1]。随着我过社会主义市场经济的不断发展,科学技术的进步,经济管理体制改革的深入和金融经营机制的转变,金融不仅要利用经济活动分析这一管理经济的重要方法,分析金融的生产经营活动,而且还要分析金融的经济环境,了解国内外市场情况和社会需求的变化,以便随着其不断变化,及时调整生产经营活动,增强竞争力,从而使金融能够适应商品经济的要求而健康发展。因此,金融的经济活动分析在金融的经营管理中发挥着日益重要的作用,它对事后实事求是地分析、总结金融完成的经济活动和事前科学地预测、判断金融未来的经济活动都是必不可少的[2]。一般情况下,经济预测的定量方法要用到数学模型,而定性方法则不需要。马尔可夫链为经济领域中运用数学模型对定性问题进行预测提供了一种思路,丰富了经济预测方法的内容。金融是一个动态变化的系统,在这一系统中,有一些变量和因素会随时间的推移而不断的随机变化。而马尔可夫链预测法又是一种适用于随机过程的科学、有效的动态预测方法,它立足于当前通过市场调查

等途径所获现实资料的基础上,运用马尔可夫链的基本原理和方法对数据资料进行运算得出预测结果,因此很适用于金融的经济预测。本文就是运用马尔可夫链理论建立了一系列预测模型,使之能够给金融提供更大的帮助。

随着我国市场经济建设的高速发展,人们的生活水平大幅度提高,可支配收入也渐渐多了起来,大家的金融意识和投资意识也日益增强,投资理财越来越成为一个热门的话题。由于我国的资本市场不发达,人们的投资选择范围相对要窄一些,在实际利率为负的情况下,投资金融成为主流投资行为,2004年我国金融投资者人数超过7000万,而且人数还在进一步上升。而作为市场经济的组成部分—金融市场,也正逐步走向成熟与规范。国外资本市场的发展历史已经证明金融是一种不仅在过去已提供了投资者可观的长期利益,并且在将来也将提供良好机遇的投资载体[1]。然而,股价涨跌无常,金融变幻莫测,投资者要想在金融中赢取丰厚的投资回报,成为一个成功的投资者,就不仅要认真研究上市金融投资的历史、业绩和发展前景,以及详细分析上市金融投资的财务状况,而且还要熟悉各种技术分析。理想的状态是基本面分析选择金融,技术分析确认买卖金融的时机。

一个有效的金融市场,其价格应该是随机波动的,反映市场信息的同质等量分布,但是我们可以通过分析过去的信息,分析金融价格运动趋势,来预测金融的未来可能的走势[1]。本文运用马尔科夫模型,对具有马尔科夫性的金融价格、金融价格的状态区间以及它的成交量进行分析和预测,用马尔科夫链来对金融价格的概率估计预测提供一个实际应用的参考。面对瞬息变化的外部环境和日益激烈的行业竞争格局,无论是在金融体系中处于主导地位的商业银行还是传统的非银行金融机构(本论文主要包括投资银行和保险公司),都不可避免地面临越来越复杂的挑战。因为操作风险广泛存在于金融机构的经营环节,事关金融机构的内部控制结构,其发生机制和控制方法等均有与其它风险不同的鲜明特点。面临着损失加剧、危害日趋严重的操作风险,金融监管部门和金融机构均愈加重视对操作风险的防范。目前,国外理论界与实务界都在积极研究操作风险的管控技术与方法,以期达到有效识别、准确度量和严格控制的目的。虽然我国金融机构对操作风险的管控越来越重视,但目前只在操作风险的特征和生成机理上,也就是操作风险识别的研究方面初见成效。对于操作风险度量技术和方法的研究,以及内部管理和监管体制方面的研究,都与国外同行存在较大差距。风险的度量是风险控制和管理的前提。因此,操作风险的度量对于我国的金融业是需要迫切解决的

课题。1.对三类金融机构面临操作风险的本质特征加以分析,以实现对其有效地度量目前国内外对商业银行操作风险度量的研究相对深入,而对其它金融机构(如投资银行和保险公司)的研究则相对较少。那么适用于商业银行的度量技术是否也合适于投资银行和保险公司呢?通过揭示三类金融机构操作风险的本质特征,能够加深对三类金融行业操作风险的认识,避免盲目地量化风险,并找到通用于三类金融机构的操作风险度量技术。2.操作风险度量的准确性关系到能否对其实施有效的管理风险的度量是风险管理体系中的重要环节,若跳过风险度量的研究而直奔风险管理的讨论,有本末倒置之嫌。毕竟选择的度量模型和技术方法关系到风险管理的实际成效,度量结果的准确性决定了风险内控制度和管理的有效性。但由于对操作风险研究的起步较晚,与发展相对成熟的信用风险和市场风险的度量相比,国外对操作风险的度量尚未形成统一的认识。我国金融业对操作风险的重视和研究程度远未及国外业界,并且国内目前正处于经济转型的变革时期,除了自身的管理以外,我国金融业还面临外部环境不确定性和政府政策变动对业务的影响。也就是说,操作风险来自内部管理和外部干扰两个方面。因此,改进操作风险度量技术对增加金融机构的竞争力具有重要意义。3.操作风险度量的准确性关系到经济资本能否发挥应有的作用经济资本与风险总额在数量上是相等的,是衡量和防御金融机构超额的损失的指标,是对资源配置进行优化、有效提高风险收益的核心工具。因此,若测量出其所要求的经济资本,那么金融机构就能够进行经济资本的配置。从这个角度说,量化的准确性影响着经济资本配置的效果。本论文的研究内容为:1.前两章交待了研究背景、各国监管部门针对操作风险出台的相关规定、研究意义、技术路线以及创新点,并对国内外业界和学界度量操作风险的研究现状进行比较,特别重点评述了损失分布法框架下的极值理论法、贝叶斯法以及信度模型的研究情况,以为在这三个方面提出修正性的度量方法奠定基础。2.如果对操作风险概念、特征、事故类型、损失金额之间内在关系没有深刻地理解就直接对其采用量化模型可能引起量化结果的盲目性和无针对性。因此在第三章中先对三类金融机构的操作风险进行统一界定,并按成因和业务部门这两条线分别对操作风险进行分类,这样就为收集三类金融机构的操作风险历史损失数据提供了统一的标准。然后分析引发三类金融机构操作风险的原因,并通过收集历史损失数据来对比三类金融机构的操作风险暴露特征,从而在这个意义上得到了三类金融机构面临的操作风险在本质上是相同的结论。那么在损失数据

量和损失数据数学特征相同的情况下,适合于一类金融机构的操作风险也同样适合于其它类别的金融机构。

2马尔可夫链预测的基本思想

人们常把是事物的随机变化称作马尔可夫过程。它具有无后效性,即事物的将来呈什么状态、取什么值,仅与它现在的状态和取值有关,与它以前的状态和取值无关。马尔可夫链则是事物在连续一段时期内若干马尔可夫过程的总称,表明事物状态由过去到现在、由现在到将来,一环接一环,像一根链条。在预测领域,人们用其对预测对象各个状态的初始分布和各状态间的转移概率进行研究,描述状态的变化趋势,并由此来预测未来[3]。

2.1把经济系统看作一个完整的系统,并对该系统进行科学的状态划分,至少划分出两个状态,根据系统的实际和需要也可以划分出多个状态。状态可以是连续的,也可以是离散的,而系统所划分出的各个状态就是要预测的内容。

2.2对经济现象各种状态的当前状态概率进行统计测定,即判定出系统当前处于什么状态。

2.3对经济系统各个状态未来发展的每次转移概率进行测定,即确定出系统是如何进行转移的。若在未来较长时间内是平稳发展转移的,则系统状态的每次转移会保持相同的转移概率;若在未来较长时间内是起伏震荡的,则状态每转移一次就需要对转移概率测定一次。状态每次转移的时间间隔可以按月、季、年划分,时间可以连续也可以离散。

2.4根据系统当前的各状态概率和状态转移概率运用矩阵的方法,推演出系统经过若干次转移后,仍可保持在各状态的概率是多大。决策者可以根据对系统未来的状态可能性放的预测做出当前的决策,从而为搞好经济管理提供服务[4]。

3马尔可夫链的数学原理和基本特性

3.1马尔可夫链

3.1.1所谓马尔可夫链(简称马氏链)是指一类时间参数离散、状态空间为可列集或有限集且具有马氏性(也称无后效性)的随机过程[5]。通俗地讲,设E={0,1,

2,…}为随机变量的状态空间,{X

n

,n=0,1,2,…}是时间参数为n的随机过

程。若对任意时间参数n及任意i

0,i

1

,…,i

n-1

,i,j∈E,条件概率满足(1)

式则称{X

n

}为马尔可夫链。

P{X

n+1=j∣X

=i

,X

1

=i

1

…,X

n-1

=i

n-1

,X

n

=i}=P{X

n+1

=j∣X

n

=i}=p

ij

(n)(1)

式中:p

ij (n)为时刻n的一步转移概率,简称为转移概率。若p

ij

(n)与n无关,

则称该马尔可夫链是齐次的,并记p

ij (n)为p

ij

,P=(p

ij

)为转移概率矩阵。令时刻

n系统在各状态的概率分布为π

n =(π

n

(0),π

n

(1),…),则有[6]

πk=π0P k(k=1,2,…,n)(2)

3.1.2设{X n,n≥0}为齐次马尔可夫链,其状态空间为E。对于任意i∈E,如果该集合{n:p

ii

(n)>0,n≥1}非空,则称该集合的最大公约数d=d(i)为状态i的周期。若d>1就称状态i为有周期的,且周期为d;若d=1就称状态i为非周期的。如果马氏链的状态空间不可约,则该马氏链称为不可约的。

3.1.3设马尔可夫链{X n}有转移概率矩阵P=(p ij),若存在一个概率分布{πj,j≥0},其满足

πj=∑πi p ij,i,j=0,1,2,…

则称{π

j ,j≥0}为该马尔可夫链的平稳分布。由该定义,若π={π

,π

1

,…}

为平稳分布,则

π=πP

3.1.4若{X n}为齐次马尔可夫链,则称P(X n+k=x j∣X n=x i)为{X n}从状态x i到状态

x j 的k步转移概率,记作p

ij

(k);称以p

ij

(k)(x

i

,x

j

∈E)为元素的矩阵为{X

n

}

的k步转移矩阵,记作P(k),特别地,将一步转移概率和一步转移矩阵分别记为p

ij

和P。

3.2马尔可夫链的基本特性

3.2.1通过(1)式可以看出具有马尔可夫性的随机变量X n所处的状态仅与随机变量所处状态有关,而与前期随机变量X n+1所处状态无关。

3.2.2平稳分布性即具有马氏性的概率分布{πi,i∈I},一定满足π(i)=∑πi p ij,

i,j=0,1,2,…

其中P

ij

为该随机过程的状态转移矩阵,I为状态空间的集合。

3.2.3遍历性。若对于一切i,j∈E,极限limp ij(n)=p j>0(n→∞)存在,则称该马

尔可夫链具有遍历性。马尔可夫链的遍历性说明,不论从哪个状态出发,经过充分大的转移步数后,到达状态j的概率接近于正常数p

j

3.2.4状态相通性。即具有马尔可夫性的随机过程无论系统初始状态如何,通过有限的转移步数后,一定可以到达同一个状态。用数学表示就是随机过程{X(t),t∈T},无论其初始状态是i或者j,经过一定步数后一定可以到达k状态,只是转移的方向和步数不同。

2.3马尔可夫链模型的矩阵表示

G(n)=G(o)

p

n(1)

G(n):经过n次转移后,系统的状态概率矩阵

G(o):系统的状态概率矩阵

p:系统的状态转移概率矩阵

n:系统的状态转移次数

若把现象的各个状态也表示在模型之中,则模型(1)可表示为如下的(2)式:

设G(n)=(a

i )

n

,i=1,2,…,m

G(o)=(b

i )

n

,i=1,2,…,m

p n=p

ij

n

则(a

i )

n

=(b

i

)

n

*p

ij

n(2)

公式(2)与(1)表示的含义完全相同,只是更直观一些,其中:i=1,2,…,m表示系统有m个状态。

a

i

表示各状态概率

(a

i )

n

表示系统经过n次转移后各状态的状态概率矩阵

(b

i )

系统的初始概率矩阵

Ij表示系统由状态i转移到状态j。

3马尔科夫链预测金融价格的模型

3.1马尔科夫链预测模型需满足的条件

马尔科夫链预测法是对预测对象未来所处状态的预测,也就是预测目标对象未来可能出现或存在的状况。建立马尔科夫链预测模型来推知预测对象的未来发展,要求预测对象在预测期间满足下列条件:

(1)过程随机性,在系统内部中从一个状态转移到另一个状态是随机的[4]。

(2)过程的无后效性,系统内部的转移概率只与当前状态有关,而与以前的状

态无关。即系统的某些因素在转移中第次结果只受第-1次结果的影响,与其他结果无关[5]。

(3)转移概率矩阵保持稳定不变,即一个时期向下一个时期转移状态的转移概

率矩阵是不变的,均为一步转移概率矩阵。

(4)预测对象的状态必须是有限的或可列的,而且必须在可列个时间发生状态

转移[5]。

(5)在预测过程中对预测对象用同一标准划分的各状态应相互独立。

(6)划分的状态应该包括预测对象全部可能出现的状况。

3.2金融价格、金融价格区间以及成交量符合马尔科夫链

金融市场行为最基本的表现是成交价格和成交量,成交价格和成交量反映了大部分市场行为,在某一时间的价格和成交量反映的是买卖双方在这个时间的共同市场行为[6]。所以预测金融价格就应该从这两方面来考虑。而在实际金融投资过程中,投资者最关心的除了金融价格和成交量外,也常常关注金融价格状态区间。所以本文就从这三个方面入手,运用马尔科夫链预测方法对金融进行分析预测。运用马尔科夫链预测方法来对金融价格、金融价格区间以及成交量的状态进行预测分析,就要求它们满足下面条件。

(1)金融价格、金融价格区间以及成交量的状态是一族依赖于时间的随机变

量,其变化过程是一个随机过程。

(2)金融价格、金融价格区间以及成交量在时间所处的状态只与在时刻的状态

有关,而与时刻以前所处的状态无关,即具有无后效性。

(3)无论从什么时候开始,金融价格、金融价格区间以及成交量的状态变化过程

保持一种时间历程的不变性,即它们状态的一步转移概率只与时间差有关,而与时间起点无关,所以转移概率矩阵保持稳定不变[6]。

(4)金融价格、金融价格区间以及成交量只能产生可列个状态,而且只在可列个

时刻发生状态转移,故它们符合马尔科夫链。

(5)金融价格、金融价格区间以及成交量同样符合上面的第五和第六个条件。

所以金融价格、金融价格区间以及成交量的变化过程符合马尔科夫链预测法的条件,其变化过程构成马尔科夫过程。所以可以用马尔科夫链预测模型来预测金融未来走势。

3.3建立马尔科夫链预测金融价格模型

根据出发点不同对预测对象状态界限的划分也就不同,本文根据金融每天的收盘价与前一天收盘价比较得到三种状态:上升、持平、下降,将一段时期的金融价格划分为若干连续的价格区间,让每一价格仅在其中的一个区间,那么每一个价格区间即是一种状态;同时在金融交易过程中成交量也是一个非常重要的参考指标,所以把金融的日成交量值同样划分为若干连续的区间,让每一个日成交量仅在其中一个区间,那么每一个区间是一种状态。在划分区间的过程中需要强调的是,用同一标准来划分的各种状态必须是相互独立的,不能有交差的情况出现,即我们的预测对象在某一个时间点上的状态是唯一的。与此同时,划分的状态必须包括预测对象的全部可能出现的状况,不能有某一时间点所处状态不在所划分的诸多状态中。

运用马尔科夫链预测方法来预测目标对象,就需要建立马尔科夫链预测数学模型,马尔科夫链的基本原理本文第一小节已做详细介绍,概括起来说,就是利用初始状态概率向量和状态转移概率矩阵来推知预测对象将来一个时期所处的状态。

4对金融收盘价格、价格区间以及日成交量的预测实例4.1以金融收盘价状态为对象进行预测

在金融市场上,金融价格代表了金融的投资价值,它的涨跌直接影响到投资者的投资收益。每一个金融投资者都希望在低位买进,高位抛出,所以投资者最关心的就是金融价格未来将会怎样变化。当然预测金融价格的方法很多,下面运用马尔科夫链预测方法对金融价格状态进行预测。

4.2马尔可夫链在经济预测中的应用

一个庞大而复杂的经济系统一般总会受到多方面的不确定因素的影响,因此可将它看作一个随机系统,而且这种系统的演变过程往往具有无后效性,这样就可视之为一个马尔可夫链,从而可用有关马尔可夫链的理论来分析金融的各项经济活动[7]。

4.3市场占有率

设某地有1600户居民,某产品只有甲、乙、丙三个厂家在该地销售。经统计,8月份买甲、乙、丙三厂的户数分别为480、320、800。9月份,原买甲的有48户转买乙产品,有96户转买丙产品;原买乙的有32户转买甲产品,有64户转买丙产品;原买丙的有64户转买甲产品,有32户转买乙产品。于是得到状态空间E={1、2、3}(状态1、2、3分别代表甲、乙、丙),其频数转移矩阵为

3364896

N=3222464

6432704

用频率估计概率,以上矩阵N中各行元素之和除N中相应行的元素,得转移概率矩阵为

0.70.10.2

P=0.10.70.2

0.080.040.88

此模型的初始概率分布(即初始市场占有率)为

(p

1,p

2

,p

3

)=(480/1600,320/1600,800/1600)=(0.3,0.2,0.5)

由初始概率分布和转移概率矩阵P,可以计算出9月份市场占有率为

0.70.10.2

(0.3,0.2,0.5)0.10.70.2=(0.27,0.19,0.54)

0.080.040.88

类似地,可以计算出12月份市场占有率为

(0.3,0.2,0.5)P(4)=(0.2319,0.1698,0.5983)

从转移概率矩阵可以看出,该链是不可约、非周期的有限(状态)马氏链,故必存在平稳分布,且

π1=0.7π1+0.1π2+0.08π3

π2=0.1π1+0.7π2+0.04π3

π3=0.2π1+0.2π2+0.88π3

π1+π2+π3=1

则可解得当顾客流如此长期稳定下去时,市场的占有率(即其平稳分布)为

(π1,π2,π3)=(0.219,0.156,0.625)

4.4商品销售情况预测

用马尔可夫链预测的最简单类型是预测下一期最可能出现的状态。

设某商品在市场上销售情况共有24个季度的数据(“1”表示畅销、“2”表示滞销)

112122111212112211212111

并假设该商品的销售状态满足齐次马尔可夫性。①试确定销售状态的转移概率矩阵;②如果现在是畅销,试预测这以后第四个季度的销售状况;③如果影响销售的所有因素不变,试预测长期的销售状况。

①在上面的24个销售数据中,1(畅销)出现15次,2(滞销)出现9次,而且1→1有7次,1→2有7次。又因为最后季节是状态1,所以

p 11=7/(15-1)=1/2,p 12=7/(15-1)=1/2

而2→1有7次,→2有2次,所以

p 21=7/9,p 22=2/9

于是得转移概率矩阵

1/21/2

P =

7/92/9

②如果现在是畅销,预测这以后第四个季度的销售状况实际上就是求4步转移概率。因为

1/21/240.6110.389

P (4)=7/92/9=0.6050.395

所以由4步转移概率矩阵有p 11(4)=0.611>p 12(4)

=0.389,即如果现在为畅销,这以

后第四个季度(以概率0.611)仍为畅销。

③从转移概率矩阵可以看出,该链是不可约、非周期的有限(状态)马氏链,故必存在平稳分布。由平稳方程π=πP 可得

π1=1/2π1+7/9π2

π2=1/2π1+2/9π 2

π1+π2=1

解得π1=14/23,π2=9/23。其平稳分布

(π1,π2)=(14/23,9/23)

因为π1>π2,故长此下去,该产品将畅销。

4.5利润预测

在多数经济系统中,伴随着它的状态逐步转移,常有一系列利润的转移。如当系统由状态i 进一步转移至状态j 时,获得的利润记作r ij ,则由全体r ij (i ,j

∈E)构成的矩阵称为利润矩阵。在经济系统的演变过程中,因其状态的转移是随机的,故在每一阶段获取的利润也是随机的,而且利润取值的概率可由状态转移概率来确定[8],我们所关心的问题往往就是如何预测系统经n 步转移后获取的利润,实际上也就是它的期望(平均)利润。

设某金融投资每月至多接受两份订单,X n 表示第n 个月接受的订单数,并设

X n 是齐次马尔可夫链。根据过去经营的资料分析,接受订单的转移概率矩阵P 为

p 00p 01p 020.10.30.6 P=p 10p 11p 12=0.30.30.4

p 20p 21p 220.30.10.6

其中状态空间E={0,1,2}表示的订单数。相应于P ,报酬矩阵为

r 00 r 01 r 02 -20 10 20

R = r 10 r 11 r 12 = -10 20 40

r 20 r 21 r 22 10 40 60

这里r 00=-20表示第一个月无订单的条件下第二个月仍无订单,则金融投资的利

润为-20(单位:万元)。可预测该金融投资n 个月后的期望利润。设V i (n)表示开

始接到i(i ∈E)份订单,经n 个月后金融投资的期望利润,则有递推公式 V i (n)= ∑p ij [r ij + V j (n-1)], j ∈E , n=1,2, (3)

假定初始利润为零,即V i (0)=0(i ∈E)。由上式得知

V 0(1)=0.1×(-20)+0.3×10+0.6×20=13

V 1(1)=0.3×(-10)+0.3×20+0.4×40=19

V 2(1)=0.3×10+0.1×40+0.6×60=43

这表示一个月后金融投资的期望利润。同理,由(3)式可以计算金融投资数个月

后经营的期望利润。

金融投资的决策者可以根据该利润预测模型,对生产进行适当地调整,为获取最大利润而采取若干行动方案,使总期望报酬达到最大。

5 对马尔可夫链模型预测及其结果的说明

5.1 经济现象的各状态经过多次转移后的状态概率如何,主要取决于状态如何转移(即状态概率分布),而不是取决于系统的初始状态(即初始状态概率分布)。所以,为了准确预测现象的未来状态,在对现象当前状态作出判断的基础上,重点还是对系统状态转移概率的测定。

5.2 对无序起伏发展的经济系统的状态转移概率不断进行测绘会增加工作量。为了减轻这一负荷,测定时可以只关注引起起伏的要素,不变要素可以不考虑,但要注意因素组合效应。

5.3 影响经济系统转移的因素很多,如政治更替、政策变化、战争、突发事件等,这些因素或单个的或组合的影响系统的状态转移。进行状态转移概率测定时要恰当的选择考虑这些因素,但考虑过多过细会影响测定效率,考虑过少会影响测定的准确性[9]。

6 结论

基于经济活动的复杂、多变以及带有许多随机性因素的特点,为了能够更加科学的预测金融所关心的各项经济指标,以便为金融的未来做出正确的决策方案,本文针对经济实例建立了马尔可夫链模型,运用简单的矩阵运算的求解方法对金融的相关问题进行预测。此方法简单适用,易于推广,只要经济发展的各方面环境条件相对稳定或者变化较小,在不太长的时期内这些结论仍会有一定的意义。但应根据实际情况对初始向量和转移矩阵做出调整,以符合变化规律,提高预测的可信度。

致谢

光阴似箭、岁月如梭,大学四年的时光转眼就要过去了,在毕业

之际,我要衷心地对所有在这次毕业设计的过程中给予我关心、支持的人表示感谢。

我首先要感谢大学四年里给予我帮助和教导的老师们,感谢我的老师们对我的培养,感谢您们辛勤地耕耘、无私的付出,是您们四年如一日孜孜不倦地教诲,让我在专业知识的积累、人生阅历等各个方面都有了显著的提高。

在这里,我尤其要感谢在这次毕业设计中给予我关心和帮助的指导老师。正是老师耐心、细致的指导,才有了我今天毕业论文的圆满完成。在这次毕业设计中,我得到了同一组各位同学对我的关心和帮助,在这里我要对他们表示最诚挚的谢意。

再次衷心感谢所有给予过我关心、帮助的人,谢谢你们首先,感谢老师在论文选题、方案设计、提纲确定、细节写作等方面都给了我非常细致的指导和建议,使我领会了基本的思考方式,掌握了通用的研究方法,最后顺利的完成了论文。老师严谨的治学态度、渊博的学识、独特的学术思维、耐心细致的教学态度,使我收获良多。

其次,感谢各位教过我的老师们,正是他们四年来对我的辛勤培育、指导和帮助,才使我打下了良好的基础,顺利的完成学业和论文。

之后,感谢四年来一路相伴的同窗挚友,,曾记同窗日月酣,未忘分道梦魂憨,,那些嬉笑怒骂的日子、那些游山踏青的年华、那些学而不倦的时光、那些无伤大雅的争论……点点滴滴皆驻心头,永恒成我大学生活中永不退色的华彩。

最后,感谢背后一直默默无闻支持我的家人,当我遇到困难和挫折时,当我退缩不前时,总有他们陪伴着我、鼓励着我,是他们的无私付出,促使我不断进步。

一切即将结束,一切又即将开始。有太多的事历历在目,宛如昨日,记忆犹新。有太多人的音容笑貌,跃然纸上,挥之不去。有太多的期待与憧憬充盈心间,明天,又是一个全新的开始。我将以更大的努力来答谢所有爱我的人和我爱的人,

最后,我要感谢我的母校。在此,也衷心祝愿我的母校明天会更好!

参考文献

[1] 陆静,郭蕾.商业银行操作风险计量研究——基于极值理论和信度因子模型[J].山西财

经大学学报.2012(09)

[2]宋坤,刘天伦.小样本下贝叶斯参数估计法对操作风险的度量[J].统计与信息论

坛.2012(08)

[3]陆静.基于分块极大值模型的商业银行操作风险计量研究[J].管理工程学报.2012(03)

[4]陆静,王捷.基于贝叶斯网络的商业银行全面风险预警系统[J].系统工程理论与实

践.2012(02)

[5]司马则茜,蔡晨,李建平.基于g-h分布度量银行操作风险[J].系统工程理论与实

践.2011(12)

[6]高丽君.商业银行操作风险外部数据的内生偏差研究[J].管理评论.2011(07)

[7]宋坤,陈野华.基于变点理论的POT模型阈值确定方法——对操作风险经济资本的度量

[J].统计与信息论坛.2011(07)

[8]杨晔,何焱.我国商业银行操作风险计量方法实证分析[J].国际金融研究.2010(12)

[9]赵蕾,张庆洪.操作风险整体评估方法:基于拓扑数据模型的影响图[J].系统工程理论与

实践.2010(09)

[10]杨晓虎.商业银行操作风险的度量与资本需求模型[J].统计与信息论坛.2010(09)

[1]王军等.随机过程及其在金融领域中的应用[M].北京:清华大学出版社,交通大学出版

社.2007.4.

[2]张大衡.马尔可夫链在金融预测上的应用[J].青岛建筑工程学院学报.2003.24(3).

[3]查秀芳.马尔可夫链在市场预测中的应用.[J].江苏大学学报.2003.1.

[4]胡则成.马尔可夫预测法[M].武汉大学出版社.1992.

[5]葛健.马尔可夫链在经济预测上的应用[J].陕西经贸学院学报.2000:28-29.

[6]柳金甫.应用随机过程[M].北京:中国铁道出版社.2000.

[7]齐进军.马尔可夫链在经济管理上的应用[J].工程数学.1995:67-69.

[8]陈建梅.马尔可夫链在金融活动分析中的应用[J].郑州工业大学学报.1995:51-53.

[9]冯文权.经济金融技术[M].湖北:武汉大学出版社.2002.167

马尔科夫链在传染病预测中的应用

马尔科夫链在传染病预测中的应用 作者:付长贺, 邓甦, FU Chang-he, DENG Su 作者单位:沈阳师范大学数学与系统科学学院,辽宁,沈阳,110034 刊名: 沈阳师范大学学报(自然科学版) 英文刊名:JOURNAL OF SHENYANG NORMAL UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE EDITION) 年,卷(期):2009,27(1) 被引用次数:2次 参考文献(8条) 1.施海龙.曲波.郭海强干旱地区呼吸道传染病气象因素及发病预测[期刊论文]-中国公共卫生 2006(04) 2.巴剑波.方旭东.徐雄利马尔科夫链在海军疟疾疫情预测中的应用[期刊论文]-解放军预防医学杂志 2001(02) 3.何江宏.陈启明基于Markov链的最优化预测模型及其应用研究[期刊论文]-合肥学院学报(自然科学版) 2006(01) 4.杨玉华传染病模型的研究及应用[期刊论文]-数学的实践与认识 2007(14) 5.邓甦.付长贺四种贝叶斯分类器及其比较[期刊论文]-沈阳师范大学学报(自然科学版) 2008(01) 6.余雷.薛惠锋.李刚传染病传播模型研究[期刊论文]-计算机仿真 2007(04) 7.王春平.王志锋.单杰随机时间序列分析法在传染病预测中的应用[期刊论文]-中国医院统计 2006(03) 8.吴家兵.叶临湘.尤尔科时间序列模型在传染病发病率预测中的应用[期刊论文]-中国卫生统计 2006(03) 相似文献(3条) 1.期刊论文孟胜利.徐葛林.程满荣.舒祥.雷勇良.朱风才.周敦金.王定明.明贺田.吴杰.严家新.杨晓明中国狂犬病病毒遗传多样性分析-中国生物制品学杂志2010,23(5) 目的 分析中国狂犬病病毒(RV)的遗传多样性,为我国狂犬病的预防提供理论依据.方法 采用RT-PCR技术扩增26株RV N基因,并进行测序,与GenBank登录的序列进行比对,构建进化树,分析RV的基因分型和分组情况以及时间和空间的动态进化.结果 中国RV分为2个大的进化分支(8组),分支Ⅰ包括1~4组,分支Ⅱ包括5~8组,组内核苷酸同源性≥93.2%,氨基酸同源性≥94.3%;组间核苷酸差异性≥8.0%,氨基酸差异性≥1.7%;运用贝叶斯中的马尔科夫链的蒙特卡洛方法,估计中国RV N基因核苷酸的平均碱基替代率为1.408 9×10-4取代/位点·年,共同祖先出现在公元968年.结论 中国狂犬病病毒株均属于基因1型狂犬病病毒,存在跨地域、跨宿主传播;我国分支Ⅰ狂犬病病毒株与泰国、越南、菲律宾、印度尼西亚、马来西亚等东南亚国家分离的狂犬病病毒株起源相同;分支Ⅱ的毒株在全球分布. 2.会议论文孟胜利.严家新.徐葛林.程满荣.吴杰.雷勇良.朱风才.周敦金.王定明.杨晓明中国狂犬病毒遗传多样性研究2009 在1969-2008年间,我们从全国各地共分离到60株街毒株,其中从犬脑中分离到41株,鼬獾中分离5株, 人脑中分离到4株,鹿脑中1株,我们对这61株狂犬病毒株的N基因的进行了序列测定,初步分析后选取26株代 表株与GenBank得到42株中国毒株N基因序列共计68株序列进行全面的进化分析。以探讨中国狂犬病毒株的基 因分型和分组情况、时间和空间的动态进化。结果表明:我们发现目前分离的中国毒株都属于基因1型狂犬病毒,可以分为2个大的进化分支共计8个组,分支I包括1-4组,分支Ⅱ包括5-8组,组内核苷酸同源性≥93.2%,氨基 酸同源性94.3%;组间核苷酸差异性至少是8.0%,氨基酸差异至少是1.7%;选择压力分析表明中国狂犬病毒处 于较强的净化选择约束下,狂犬病毒N蛋白中的核苷酸突变主要是同义突变;运用贝叶斯中的马尔科夫链的蒙特 卡洛方法估计中国狂犬病毒N基因核苷酸的平均喊基替代率为1.4089×10-4取代/位点/年,共同祖先出现在公元 1040年前;同一毒株或者核苷酸同源性很高的毒株在不同地点、不同宿主中出现表明中国狂犬病毒株存在跨地域、 跨宿主传播;我国狂犬病高发区流行的毒株(分 3.学位论文王家赠接触振子系统与接触粒子系统中的几类合作行为2008 本文主要研究非线性系统中的一些时空动力学与合作行为,分为连续系统和离散系统两个部分. 在第一部分中,我们研究时间连续、空间分立的接触振子系统的一些动力学行为.以 Josephson节方程作为基本振子,也就是经典力学中的单摆方程.依照循序渐进的原则,分别研究了:周期驱动下的振子、两个耦合振子、一维耦合多振子链.揭示了新的非线性动力学和合作行为. 在直流驱动的Josephson振子上加入周期驱动,形成两个相互竞争的频率.频率的竞争导致各种同步解.分别大阻尼和小阻尼两种情况,我们介绍了Poincaré映射在相平面上的不变曲线以及它的性质;利用Arnold舌头显示了参数空间上的分支特征.在小阻尼情况下,研究了混沌产生的特点. 对于两个具有不同自然频率的Josephson振子,在线性扩散耦合和正弦耦合两种情况下,研究了这些系统的不同状态之间的相变特征.同时在正弦耦合的系统中发现了混沌解的存在. 在一维耦合多振子链模型,取周期边界条件.在一定条件下,系统中会产生一类特殊的解.只要一点非常小的驱动力,整条链中的粒子就会同步地转动.这种解被命名为“超-旋转”态.我们揭示了这种解产生的机制. 在第二部分中,我们研究了复杂网络上的传染病动力学.主要使用了易感者一感染者一移除者(Susceptible-infected-removed;记为SIR,下同)模型.对于这种类型的传染病在任意网络上的传播,首先在亚宏观水平建立了一个马尔科夫链模型,得到了一些性质.到目前为止,我们对几类特殊结构的网络进行了解析处理.对于大量与实际更加接近的网络,我们还是用宏观的方法,建立了不同的平均场率方程模型,并分析传播的阈值条件. 对于任意网络上的SIR型传播,我们首先建立了一个时间齐次的马氏链模型,利用转移概率矩阵证明了马氏链的收敛性.利用这个模型,可以对几种特殊的网络结构进行解析求解. 实际问题中,各个节点传播疾病的能力往往是不一致的,所以不同的接触过程,它们传播疾病的概率是不一样的.体现在网络上,就是通过连线的传播率不是定常系数,而是有一个分布.在第六章中,我们研究了这个因素对于传播带来的影响. 节点和节点之间的连接并不总是完全随机的,有的带有一定的选择性。形成了相关性网络。关于相关性网络上的传播问题,已经有了一些理论结果.但是我们觉得有些地方值得进一步的商榷与提高.在第七章中,我们给出了求解SIR模型的新方法.基于连接矩阵,我们定义了计算相关性的方法. 在第八章中建立了有向网络上的传播模型,并进行了求解.得到了有向网络上传播阈值的约束条件.最后讨论了在有向网络上如何进行连接相关性度量的问题. 第九章是对本文中所做研究的总结与展望.

隐马尔科夫链及其应用

隐马尔科夫链及其应用学习概率的时候,大家一定都学过马尔科夫模型吧,当时就觉得很有意思,后来看了数学之美之隐马模型在自然语言处理中的应用后,看到隐马尔科夫模型竟然能有这么多的应用,并且取得了很好的成果,更觉的不可思议,特地深入学习了一下,这里总结出来。马尔科夫过程 马尔科夫过程可以看做是一个自动机,以一定的概率在各个状态之间跳转。考虑一个系统,在每个时刻都可能处于N 个状态中的一个,N 个状态集合是 {S1,S2,S3,...SN}。我们现在用q1,q2,q3,…qn 来表示系统在t=1,2,3,…n 时刻下的状态。在t=1时,系统所在的状态q 取决于一个初始概率分布PI ,PI(SN)表示t=1时系统状态为SN 的概率。马尔科夫模型有两个假设: 1. 系统在时刻t 的状态只与时刻t-1处的状态相关;(也称为无后效性) 2. 状态转移概率与时间无关;(也称为齐次性或时齐性)第一条具体可以用如下公式表示: P(q t =S j |q t-1=S i ,q t-2=S k ,…)= P(q t =S j |q t-1=S i )其中,t 为大于1的任意数值,Sk 为任意状态第二个假设则可以用如下公式表示:P(q t =S j |q t-1=S i )= P(q k =S j |q k-1=S i )其中,k 为任意时刻。下图是一个马尔科夫过程的样例图:卷问题,而且可保障各类管路习题到位。在管对全部高中资料试卷电气设备,在安装过程下高中资料试卷调控试验;对设备进行调整使卷总体配置时,需要在最大限度内来确保机组

可以把状态转移概率用矩阵A 表示,矩阵的行列长度均为状态数目,aij 表示P(Si|Si-1)。 隐马尔科夫过程 与马尔科夫相比,隐马尔科夫模型则是双重随机过程,不仅状态转移之间是个随机事件,状态和输出之间也是一个随机过程,如下图所示:此图是从别处找来的,可能符号与我之前描述马尔科夫时不同,相信大家也能理解。通过管线敷设技术不仅可以解决吊顶层配置不规范高中资料试卷问题,而且可保障各类管路习题到位。在管路敷设过程中,要加强看护关于管路高中资须同时切断习题电源,线缆敷设完毕,要进行检查和检测处理。对全部高中资料试卷电气设备,在安装过程中以及安装结束后进行高中资料试卷调整试验;通电检查所有设备高中资料试卷相互作用与相互关系,根据生产工艺高中资料试卷要求,对电气设备进行空载与带负荷下高中资料试卷调控试验;对设备进行调整使其在正常工况下与过度工作下都可以正常工制造厂家出具高中资料试卷试验报告与相关技术资料,并且了解现场设备高中资料试卷布置情况与有关高中资料试卷电气系统接线等情况,然后根据规范与规程规定,制定设备调试高中资料试卷方案。电力保护装置调试技术,电力保护高中资料试卷配置技术是指机组在进行继电保护高中资料试卷总体配置时,需要在最大限度内来确保机组高中资料试卷安全,并且尽可能地缩小故进行外部电源高中资料试卷切除从而采用高中资料试卷主要保护装置。

隐马尔可夫模型及其应用

小论文写作: 隐马尔可夫模型及其应用 学院:数学与统计学院专业:信息与计算科学学生:卢富毓学号:20101910072 内容摘要:隐马尔可夫模型是序列数据处理和统计学习的重要概率模型,已经成功被应用到多工程任务中。本小论文首先从隐马尔可夫模型基本理论和模型的表达式出发,进一步阐述了隐马尔可夫模型的应用。 HMM 隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model,HMM)作为一种统计分析模型,创立于20世纪70年代。80 年代得到了传播和发展,成为信号处理的一个重要方向,现已成功地用于语音识别,行为识别,文字识别以及故障诊断等领域。 隐马尔可夫模型状态变迁图(例子如下) x—隐含状态 y—可观察的输出 a—转换概率(transition probabilities) b—输出概率(output probabilities) 隐马尔可夫模型它用来描述一个含有隐含未知参数的马尔可夫过程。其难点是从可观察的参数中确定该过程的隐含参数。然后利用这些参数来作进一步的分析,例如模式识别。 在正常的马尔可夫模型中,状态对于观察者来说是直接可见的。这样状态的转换概率便是全部的参数。而在隐马尔可夫模型中,状态并不是直接可见的,但受状态影响的某些变量则是可见的。每一个状态在可能输出的符号上都有一概率分布。因此输出符号的序列能够透露出状态序列的一些信息。 HMM的基本理论 隐马尔可夫模型是马尔可夫链的一种,它的状态不能直接观察到,但能通过观测向量序列观察到,每个观测向量都是通过某些概率密度分布表现为各种状态,每一个观测向量是由一个具有相应概率密度分布的状态序列产生。所以,隐马尔可夫模型是一个双重随机过程----具有一定状态数的隐马尔可夫链和显示随机函数集。自20世纪80年代以来,HMM被应用于语音识别,取得重大成功。到了

马尔科夫及其应用(02129057)

马尔可夫过程及其应用 一. 马尔可夫过程的简介 马尔科夫过程(MarKov Process)是一个典型的随机过程。设X(t)是一随机过程,当过程在时刻t0所处的状态为已知时,时刻t(t>t0)所处的状态与过程在t0时刻之前的状态无关,这个特性成为无后效性。无后效的随机过程称为马尔科夫过程。马尔科夫过程中的时同和状态既可以是连续的,又可以是离散的。我们称时间离散、状态离散的马尔科夫过程为马尔科夫链。马尔科夫链中,各个时刻的状态的转变由一个状态转移的概率矩阵控制。 二. 马尔可夫过程的一般概念 2.1定义 设有一随机过程X(t),t ∈T ,若在t1,t1,…tn-1,tn(t1

markov链在天气中的应用

北方民族大学 信息与计算科学学院 课程名称: 应用随机过程 姓名:___ 何义连方芳朱雪梅阿热孜古丽 学号: 20093241 20093208 20093284 20093177 专业:数学与应用数学 班级: 09级(5)班

天气变化情况是人们普遍关注的重点问题之一。借助随机过程中著名的马尔可夫链模型,以某日天气的状态转移数据为算例,建立了天气情况预测模型,并借助该模型对未来天气的变化趋势作出了预测分析。马尔科夫过程应用广泛,它的重要特征是无后效性。事物第t 次出现的状态,只与其第t一1次的状态有关,它与以前的状态无关。因此,运用马尔科夫链,只需要最近或现在的动态资料则可按转移概率可预测将来。这一基本思想可应用于天气预报、作物产量预报、病虫害预报等,也可应用于水文、通信技术和遗传学研究中。 1马尔科夫链预测的数学模型 1.1马尔科夫链和马尔科夫预测法概念 马尔科夫链是与马尔科夫过程紧密相关的一个概念。满足马尔可夫链的事物过程具有如下的三个特点: a.过程的离散性.事物的发展在时间上可离散化为有限或可列个状态。 b.过程的随机性.系统内部从一个状态转移到另一个状态是随机的,转变的可能由系统内部的以前历史情况的概率值表示。 c.过程的无后效性.系统内部的转移概率只与当前状态有关而与以前的状态无关。 设有随机过程{X(t),t∈T),若对任意的整数t∈T,{X(t),t=0,1,2 ,3】(状态空间为I)参数为非负整数, 把这类过程称为马尔科夫链。马尔科夫链指出事物系统的状态由过去转变到现在,再由现在转变到将来,一环接一环像一根链条,而作为

马尔科夫链的动态系统将来是什么状态,取什么值,只与现在的状态、取值有关,而与它以前的状态、取值无关。为了描述马氏链的(n+1)维概率分布,最重要的是条件概率P{X (t +1)=j ,X(t)=i ),称这条件概率为在时刻t 时的一步转移概率P 它表示在时刻t 时,X(t)=i 条件下,下一时刻t+l 时X(t +1) =j 的概率。将Pi ,依次排序,可得一步转移概率矩阵 ????? ???? ???=3332 31 30 2322212013 121110 03020100 p p p p p p p p p p p p p p p p p 我们称概率分布)i (I ∈,π为马尔可夫链的平稳分布,其中I 为状态空间,它满足下列关系: ) 0(>=∑∈i i ij I i i p πππ 1 =∑∈I i i π 1.2多步状态转移概率矩阵的计算 与起始时刻无关的马尔科夫链成为齐次马尔科夫链,m 步转移概率矩阵可以从一步转移概率矩阵P 自乘m 次得到,也可通过切普曼一柯尔莫格洛夫(c —k)方程得到。设P ∞)代表m 步转移概率矩阵,则根据切普曼一柯尔莫格洛夫(C 一k)方程可得 m 1() (P) (P =??==-) m m P p 其中 ) 1(p 即是一步转移概率矩阵P 。这样,如果知道了马尔科夫链的 初始概率分布,即初始时刻各个状态的概率,并且知道它的一步转移

马尔可夫链预测方法及其一类应用【文献综述】

文献综述 数学与应用数学 马尔可夫链预测方法及其一类应用 马尔可夫性是俄国数学家A.A.Mapkov 在1906年最早提出的. 但是, 什么是马尔可夫性呢? 一般来讲,认为它是“相互独立性”的一种自然推广. 设有一串随机事件,...,,...,,121n n A A A A -中(即n A 属于概率空间(P ,,ξΩ)中的σ代数ξ,1≥n ), 如果它们中一个或几个的发生, 对其他事件的发生与否没有影响, 则称这一串事件是相互独立的(用概率空间(P ,,ξΩ)的符号表示, 即))()(11n m n m n n A P A P X I ===, 推广下, 如果在已知,...,1+n n A A 中的某些事件的发生, 与,,...,,121-n A A A 中的事件发生与否无关, 则称这一串事件{1:≥n A n }具有马尔可夫性. 所以说, 马尔可夫性可视为相互独立性的一种自然推广. 从朴素的马尔可夫性, 到抽象出马尔可夫过程的概念, 从最简单的马尔可夫过程到一般的马尔可夫过程, 经历了几十年的发展过程. 它有极其深厚的理论基础, 如拓扑学、函数论、几何学、近世代数、泛函分析. 又有很广泛的应用空间, 如随机分形、近代物理、公共事业中的服务系统、电子信息、计算技术等. 在现实世界中, 有很多过程都是马尔可夫过程, 如软件可靠性测试、传染病受感染的人数、农村剩余劳动力流动趋势预测、液体中微粒所作的布朗运动、产品市场占有率及利润率的变动, 车站排队问题等等, 都可视为马尔可夫过程. 所谓马尔可夫链是指时间连续(或离散)、状态可列、时间齐次的马尔可夫过程. 之所以要研究这种过程, 一方面是由于它的理论比较完整深入, 可以作为一般马尔可夫过程及其他随机过程的借鉴; 二是由于它在自然科学和许多实际问题(如遗传学、教育学、经济学、建筑学、规则论、排队论等)中发挥着越来越大的作用. 自从我国著名数学家、教育家、中科院王梓坤院士在上世纪50年代将马尔可夫理论引入国内以后, 我国数学家对马尔可夫过程的研究也取得了非常好的效果, 在生灭过程的构造和它的积分型泛函的分布、马尔可夫过程的零壹律、Martin 边界与过份函数、马尔可夫过程

隐马尔科夫链及其应用

隐马尔科夫链及其应用 学习概率的时候,大家一定都学过马尔科夫模型吧,当时就觉得很有意思,后来看了数学之美之隐马模型在自然语言处理中的应用后,看到隐马尔科夫模型竟然能有这么多的应用,并且取得了很好的成果,更觉的不可思议,特地深入学习了一下,这里总结出来。 马尔科夫过程 马尔科夫过程可以看做是一个自动机,以一定的概率在各个状态之间跳转。 考虑一个系统,在每个时刻都可能处于N个状态中的一个,N个状态集合是{S1,S2,S3,...SN}。我们现在用q1,q2,q3,…qn来表示系统在t=1,2,3,…n时刻下的状态。在t=1时,系统所在的状态q取决于一个初始概率分布PI,PI(SN)表示t=1时系统状态为SN的概率。 马尔科夫模型有两个假设: 1.系统在时刻t的状态只与时刻t-1处的状态相关;(也称为无后效性) 2.状态转移概率与时间无关;(也称为齐次性或时齐性) 第一条具体可以用如下公式表示: P(q t=S j|q t-1=S i,q t-2=S k,…)= P(q t=S j|q t-1=S i) 其中,t为大于1的任意数值,Sk为任意状态 第二个假设则可以用如下公式表示: P(q t=S j|q t-1=S i)= P(q k=S j|q k-1=S i) 其中,k为任意时刻。 下图是一个马尔科夫过程的样例图:

可以把状态转移概率用矩阵A表示,矩阵的行列长度均为状态数目,aij表示P(Si|Si-1)。 隐马尔科夫过程 与马尔科夫相比,隐马尔科夫模型则是双重随机过程,不仅状态转移之间是个随机事件,状态和输出之间也是一个随机过程,如下图所示: 此图是从别处找来的,可能符号与我之前描述马尔科夫时不同,相信大家也能理解。

马尔科夫链模型及其在基因遗传分析中的应用研究

马尔科夫链模型及其在基因遗传分析中的应用研究 内容提要 文中简述了马尔科夫链模型的基本原理,介绍了利用马尔科夫链对农作物基因遗传过程进行的分析研究,从而得出了基因类型的分布情况和农作物种植最适宜的换种代数间隔,使得可以更好的种植农作物。 关键词 马尔可夫链模型 基因遗传 换种间隔 一、引言 对基因遗传的分析一直是人们较为关心的话题。在研究出某物种基因的遗传分布后,对人们今后的对该物种进行的各种改良提供了良好的依据,尤其是对农作物基因类型的研究。在研究出农作物的各代之间基因类型的关系和分布情况之后,我们可以据此改善农作物的种植方法,从而提高产量。本文依据马尔科夫链的两种重要类型对农作物的基因遗传进行了分析研究,同时,分析研究马尔科夫链在一对父母的大量后代中,雌雄随机的配对繁殖,一系列后代的基因类型的演变过程中的应用。 二、马尔科夫链 1.马尔可夫链的基本概念 定义 ①.设{(),0,1,2,}n X X w n ==???是定义在概率空间(,,)F P Ω上,取值在非负整数上的随机变量序列,其表示对每个n 系统的状态。当状态1,2,,(1,2,)n X k n =???=???时表示共有k 个状态;n 时刻由状态n X i =,下一个时刻n+1变到状态1n X j +=的概率记作ij p ,则1(|)i j n n p P X j X i +===表示在事件n X i =出现的条件下,事件1n X j +=出现的条件概率,又称它为系统状态X 的一步转移概率。如果对任意的非负整数121,,,,,n i i i i j -???及一切0n ≥有 1(|,,1,2,,1)n n k k P X j X i X i k n +====???-=1(|)()n n ij ij P X j X i p n p +====, 则称X 是马尔科夫链。 ②.矩阵(ij p )称为马尔科夫链X 的一步转移概率矩阵。称10()(|)(|)ij n n m m p n P X j X i P X j X i ++======为马尔科夫链X 的n 步转移概率,而(()ij p n )为X 的n 步转移矩阵。

隐马尔科夫模型学习总结.pdf

隐马尔科夫模型学习总结 by terry__feng 隐马尔科夫模型,这个久违的老朋友。大三上学期在实验室的时候,由于实验室项目需用到语音识别,所以就使用了微软的Microsoft Speech SDK,也关注了一下语音识别的原理,其中有以HMM作为模型进行识别的。后来实验室的机器人项目中上位机的软件使用到了人脸识别的功能。实验室有关于识别的工程源代码,但是工程庞大,结构复杂,并且里面有很多没有用到的功能,并且程序经常莫名其妙的跑飞,还存在严重的内存泄露问题。所以就自己另起炉灶,重新编写上位机软件。其中的人脸识别用到的核心算法的代码就来源于这个工程。它使用到的技术不是PCA和LDA,而是HMM和DCT。那时候为了看明白HMM实现的原理,在图书馆看了关于模式识别的书,但有基本都是工程相关的,所以说原理性的知识牵扯的不多,自己也就是学习了大概,只是摸熟了里面使用到的各种牛逼的算法,比如Forward-backward,Viterbi,Baum-Welch。但是各种算法原理的理解上就差得远了。没有什么理论的基础,也不知如何学起,最终未能继续。后来又通过吴军老师的《数学之美》了解到隐马尔科夫模型在语音识别中的重要作用。 时隔快两年了,从李航博士的《统计学习方法》中又看到了HMM模型的魅影,里面对其原理进行了深刻的剖析,能够学习之内心自是欣慰至极。于是便花了几天的时间读了关于HMM的几章,现在算是有点收获,总结一下(大部分内容来自对吴军老师的《数学之美》和李航博士的《统计学习方法》的总结)。 文章主要包括信息传递模型、HMM模型简介,和对所使用的三个主要算法:前向后向算法、Baum-Welch算法和维特比算法进行了总结。由于公式比较的多……所以生成pdf版的了。 1、信息传递的模型 任何信息都是通过一定的媒介从一端传递到另一端。对于信息源的传输者 来说,其所需传输的序列可假设为S={s 1,s 2 ,s 3 ,…,s n },而处于媒介另一端的观 测者观测到的序列是O={o 1,o 2 ,o 3 ,…,o m }。对于观测者来说,他接收到序列O的 目的是为了明白传输者的意图,这样才能达到信息交流的目的。也就是说,观测者能够做的事情就是使用观测到的数据(即序列O)去揣测传输者要传输的数据(即序列S)。但是仅仅根据序列O能够揣测出来的序列S的可能性太多了,哪一个猜到的序列S是我们想要的呢? 按照概率论的观点,我们可以把上面的问题建立数学模型。 P(S|O)=P(s1,s2,s3,…,s n|o1,o2,o3,…,o m) 上式的意思是:对于一个给定的观测序列o1,o2,o3,…,o m,它的原序列是 s1,s2,s3,…,s n的概率。然而s1,s2,s3,…,s n的可能取值有很多,究竟哪一个才是自己想要的呢?所以便有了下面的式子: s1,s2,s3,…,s n=argmax all s1,s2,s3,…,s n P(S|O)(1.1)也就是说找到概率最大的原序列,或者说是最有可能的原序列。利用贝叶斯定理可以把上式转化得:

隐马尔科夫模型(HMM)详解

马尔科夫过程 马尔科夫过程可以看做是一个自动机,以一定的概率在各个状态之间跳转。 考虑一个系统,在每个时刻都可能处于N个状态中的一个,N个状态集合是{S1,S2,S3,...S N}。我们现在用q1,q2,q3,…q n来表示系统在t=1,2,3,…n时刻下的状态。在t=1时,系统所在的状态q取决于一个初始概率分布PI,PI(S N)表示t=1时系统状态为S N的概率。 马尔科夫模型有两个假设: 1. 系统在时刻t的状态只与时刻t-1处的状态相关;(也称为无后效性) 2. 状态转移概率与时间无关;(也称为齐次性或时齐性) 第一条具体可以用如下公式表示: P(q t=S j|q t-1=S i,q t-2=S k,…)= P(q t=S j|q t-1=S i) 其中,t为大于1的任意数值,S k为任意状态 第二个假设则可以用如下公式表示: P(q t=S j|q t-1=S i)= P(q k=S j|q k-1=S i) 其中,k为任意时刻。 下图是一个马尔科夫过程的样例图: 可以把状态转移概率用矩阵A表示,矩阵的行列长度均为状态数目,a ij表示P(S i|S i-1)。

隐马尔科夫过程 与马尔科夫相比,隐马尔科夫模型则是双重随机过程,不仅状态转移之间是个随机事件,状态和输出之间也是一个随机过程,如下图所示: 此图是从别处找来的,可能符号与我之前描述马尔科夫时不同,相信大家也能理解。 该图分为上下两行,上面那行就是一个马尔科夫转移过程,下面这一行则是输出,即我们可以观察到的值,现在,我们将上面那行的马尔科夫转移过程中的状态称为隐藏状态,下面的观察到的值称为观察状态,观察状态的集合表示为 O={O1,O2,O3,…O M}。 相应的,隐马尔科夫也比马尔科夫多了一个假设,即输出仅与当前状态有关,可以用如下公式表示: P(O1,O2,…,O t|S1,S2,…,S t)=P(O1|S1)*P(O2|S2)*...*P(O t|S t) 其中,O1,O2,…,O t为从时刻1到时刻t的观测状态序列,S1,S2,…,S t则为隐藏状态序列。 另外,该假设又称为输出独立性假设。 举个例子 举个常见的例子来引出下文,同时方便大家理解!比如我在不同天气状态下去做一些事情的概率不同,天气状态集合为{下雨,阴天,晴天},事情集合为{宅着,自习,游玩}。假如我们已经有了转移概率和输出概率,即P(天气A|天气B)和P(事情a|天气A)的概率都已知道,那么则有几个问题要问(注意,假设一天我那几件事情中的一件), 1. 假如一周内的天气变化是下雨->晴天->阴天->下雨->阴天->晴天->阴天,那么我这一周自习->宅着->游玩->自习->游玩->宅着->自习的概率是多大? 2. 假如我这一周做事序列是自习->宅着->游玩->自习->游玩->宅着->自习,

马尔科夫链模型的应用研究

管理预测与决策马尔科夫链模型的应用研究 姓名: 学号: 专业: 指导教师: 2012年11月1日

摘要 预测春运客流量是铁路部分的一项重要工作。运用马尔科夫链模型可以对 春运期间一天中的客流量进行预测。 首先,介绍了马尔科夫链模型及其预测的基本原理;其次,分析了**火车站2011年春运期间每天的客流量,并按照**火车站突发事件三级预警方案将客流量数据处理为三个状态;最后,运用马尔科夫链模型对2011年的春运客流进行预测,结果表明,运用马尔科夫链模型具有良好的预测结果。 关键词:马尔科夫链模型;火车站;客流量

马尔科夫链模型的应用研究 **站每年春运都面临着大规模客流。大量人群的聚集会带来许多安全隐 患,相关领导部门非常重视。如果能够根据以往的客流量,对下一年的春运客流量做出正确预测,就能够为领导决策层提供有力的信息支持,使他们能够提前做好应对高峰客流的准备,从而降低风险。影响春运客流的因素很多,并且各个因素的作用机制无法用精确的熟悉模型描述。目前常用的预测方法主要有数学模型方法和人工经验模型法。对客流量做预测,目前所知道的是以前客流量的记录。 如何从大量已知的数据中挖掘出有用的信息或知识,为下一步工作服务,这是数据挖掘技术所完成的工作。数据挖掘领域中有许多新的研究成果,如关联规则、Web挖掘、马尔科夫链模型等。其中马尔科夫链模型是近年来在数据挖掘方法的 一个研究热点。本文运用该方法对**站春运客流进行预测。 1.马尔科夫链模型 1.1马尔科夫链 马尔科夫链,是数学领域中具有马尔科夫性质的离散时间随机过程。该过 程中,在给定当前指示或信息的情况下,过去(即现在时期以前的历史状态)对 与预测将来(即现在时期以后的状态)是无关的。如果n个连续变动事物在变动过程中,其中任一次变动的结果都具有无后效性,那么,这n个连续变动事物的集合就叫做马尔科夫链,这类事物演变的过程称为马尔科夫过程。 1.2 马尔科夫预测的基本原理 对事件的全面预测,不仅要能够指出事件发生的各种可能结果,而且还必 须给出每一种结果出现的概率,说明被预测的事件在预测期内出现每一种结果的 可能性程度。这就是关于事件发生的概率预测。马尔科夫预测法,就是一种关于事件发生的概率预测方法。它是根据事件的目前状况来预测其将来各个时刻(或时期)变动状况的一种预测方法。

隐马尔可夫模型及其最新应用与发展

2010 年 第19卷 第 7 期 计 算 机 系 统 应 用 Special Issue 专论·综述 255 隐马尔可夫模型及其最新应用与发展① 朱 明 郭春生 (杭州电子科技大学 通信工程学院 浙江 杭州 310018) 摘 要: 隐马尔可夫模型是序列数据处理和统计学习的一种重要概率模型,已被成功应用于许多工程任务中。 首先介绍了隐马尔可夫模型的基本原理,接着综述了其在人的行为分析、网络安全和信息抽取中的最新应用。最后对最近提出来的无限状态隐马尔可夫模型的原理及最新发展进行了总结。 关键词: 隐马尔可夫模型;行为分析;网络安全;信息抽取;无限状态隐马尔可夫模型 Hidden Markov Model and Its latest Application and Progress ZHU Ming, GUO Chun-Sheng (College of Communication Engineering, Hangzhou Dianzi University, Hangzhou 310018, China) Abstract: Hidden Markov Model (HMM) is an important probabilistic model of sequential data processing and statistical study. It has already been successfully applied in many projects in practice. Firstly, this paper introduces the basic principles of the Hidden Markov Model, and then gives a review to its latest application in the human activity analysis, network security and information extraction. Finally it summarizes the theory and latest progress of the recently proposed infinite Hidden Markov Model (iHMM). Keywords: HMM ;activity analysis ;network security ;information extraction ;iHMM 1 引言 隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model, HMM)作为一种统计分析模型,创立于20世纪70年代,80年代得到了传播和发展并成功应用于声学信号的建模中,到目前为止,它仍然被认为是实现快速精确语音识别系统最成功的方法。作为信号处理的一个重要方向,HMM 广泛应用于图像处理,模式识别,语音人工合成和生物信号处理等领域的研究中,并取得了诸多重要的成果[1]。近年来,很多研究者把HMM 应用于计算机视觉、金融市场的波动性分析和经济预算等新兴领域中,因此,结合实际应用,进一步研究各种新型HMM 及其性质,具有重要的意义。文章首先介绍了HMM 的基本理论,接着对其在人的行为分析、网络安全和信息抽取中的最新应用进行了综述。针对经典HMM 应用中存在的两大问题,近年来提出了无限状态隐马尔可夫模型(infinite Hidden Markov Model ,iHMM),文章的最后对其基本理论及最新发展进行了总结。 ① 收稿时间:2009-10-25;收到修改稿时间:2009-12-06 2 HMM 的基本原理及结构 2.1 HMM 的基本原理 HMM 由两个随机过程组成,其中一个是状态转移序列,它是一个单纯的马尔可夫过程;另一个是与状态对应的观测序列,如图1为一状态数为3的HMM 示意图,其中为状态序列,它们之间的转移是一个马尔可夫过程,为各状态下对应的观测值。在实际问题中,我们只能看到观测值,而不能直接看到状态,只能是通过观测序列去推断状态的存在及转移特征,即模型的状态掩盖在观测序列之中,因而称之为“隐”Markov 模型。 图1 状态数为3的HMM 示意图 设模型的状态数目为,可观测到的符号数目为,

马氏链的应用

马氏链的应用 ----转移矩阵的应用 一摘要 随机过程,作为对一连串随机事件动态关系的定量描述,在自然科学、工程科学以及社会科学各领域具有重要应用。 数学上的随机过程是由实际随机过程概念引起的一种数学结构。人们研究这种过程,是因为它是实际随机过程的数学模型,或者是因为它的内在数学意义以及它在概率论领域之外的应用。随机过程的概念很广泛,因而随机过程的研究几乎包括概率论的全部。虽然不能给出一个有用而又狭窄的定义,但是概率论工作者在使用随机过程这个术语时,通常想到的是其随机变量具有某种有意义的相互关系的随机过程。由于这些过程类在数学上和非数学上的应用中十分重要,用这种理论工具,可以对常见的过程进行分析,进行一系列随机计算,从而可以将随机过程这一理论工具应用到实际中去,可以进行预测与决策,是相关数学模型的理论基础。 马尔可夫链,因安德烈·马尔可夫得名,是数学中具有马尔可夫性质的离散时间随机过程。该过程中,在给定当前知识或信息的情况下,过去(即当期以前的历史状态)对于预测将来是无关的。马尔可夫链通常用来建模排队理论和统计学中的建模,还可作为信号模型用于熵编码技术,如算法编码。企业的经济活动分析在企业的经营管理中发挥着日益重要的作用,马氏链

对事后实事求是地分析、总结企业完成的经济活动和事前科学地预测、判断企业未来的经济活动都是必不可少的[2]。一般情况下,经济预测的定量方法要用到数学模型,而定性方法则不需要。马尔可夫链为经济领域中运用数学模型对定性问题进行预测提供了一种思路,丰富了经济预测方法的内容。企业是一个动态变化的系统,在这一系统中,有一些变量和因素会随时间的推移而不断的随机变化。而马尔可夫链预测法又是一种适用于随机过程的科学、有效的动态预测方法,它立足于当前通过市场调查等途径所获现实资料的基础上,运用马尔可夫链的基本原理和方法对数据资料进行运算得出预测结果,因此很适用于企业的经济预测。本文就是运用马尔可夫链理论建立了一系列预测模型,使之能够给企业提供更大的帮助。 二实验目的 通过对马氏链理论的叙述,对其深入了解,将其应用到实际生活中,解决一些相关的问题。比如单个生产厂家的产品在同类商品总额中所占的比率,称为该厂产品的市场占有率。在激烈的竞争中,市场占有率随产品的质量、消费者的偏好以及企业的促销作用等因素而发生变化。企业在对产品种类与经营方向做出决策时,需要预测各种商品之间不断转移的市场占有率。本文主要研究的是马氏链的转移矩阵问题,这在课本上有讲到。课本中例题也有讲到,通过多做习题,也可以加深对转移矩阵的理解。三理论分析

基于马尔科夫链在金融中的应用

基于马尔科夫链在金融中的应用 摘要:讨论了我国金融的发展现状及趋势,针对金融中常见的经济问题,建立相应的马尔可夫链模型,并运用马尔可夫链的相关理论为金融的经济活动进行了定量的研究,同时也阐述了马尔可夫链在经济预测中的基本思想、应用、模型预测的结果说明。实例表明,马尔可夫链模型及方法在金融活动分析中是可行和适用的,可广泛应用于解决金融中常见的预测及决策问题。 关键词:马尔可夫链;市场预测;平均利润预测;转移概率矩阵 1引言 马尔可夫链最初由俄国数学家Markov于1906年的研究而得名,Kolmogorov,Feller和Doob等数学家继续发展了这一理论,它是随机过程的重要组成部分,同时它在自然科学、工程技术、金融及经济管理等各领域中都有着广泛的应用[1]。随着我过社会主义市场经济的不断发展,科学技术的进步,经济管理体制改革的深入和金融经营机制的转变,金融不仅要利用经济活动分析这一管理经济的重要方法,分析金融的生产经营活动,而且还要分析金融的经济环境,了解国内外市场情况和社会需求的变化,以便随着其不断变化,及时调整生产经营活动,增强竞争力,从而使金融能够适应商品经济的要求而健康发展。因此,金融的经济活动分析在金融的经营管理中发挥着日益重要的作用,它对事后实事求是地分析、总结金融完成的经济活动和事前科学地预测、判断金融未来的经济活动都是必不可少的[2]。一般情况下,经济预测的定量方法要用到数学模型,而定性方法则不需要。马尔可夫链为经济领域中运用数学模型对定性问题进行预测提供了一种思路,丰富了经济预测方法的内容。金融是一个动态变化的系统,在这一系统中,有一些变量和因素会随时间的推移而不断的随机变化。而马尔可夫链预测法又是一种适用于随机过程的科学、有效的动态预测方法,它立足于当前通过市场调查

相关文档
最新文档