本章节的内容相较于前几章有明显不同,不再聚焦于随机过程的广泛研究,而是转向一种特定类型的数学模型——用于描述状态随时间演化的系统。这部分内容属于入门级别,理解起来相对容易。
需要注意的是,本章会大量涉及矩阵运算的相关知识,建议提前回顾线性代数中的相关内容,特别是以下两个方面:
- 逆矩阵的求解方法
- 矩阵的基本运算,如矩阵的幂运算
一、整体知识框架
二、具体知识点
1、马尔科夫链简介
可以用一句话精准概括其核心思想:
“未来仅依赖于当前状态,与过去的历史无关。”
这一特性也被称为:
- 无记忆性(Memorylessness)
- 马尔科夫性质(Markov Property)
要完整定义一个马尔科夫链,通常需要明确三个基本要素:
状态空间(State Space, S):
表示系统所有可能所处的状态的集合。例如:天气系统的状态可以是{晴, 雨};股票市场的状态可设为{涨, 跌, 平}。
转移概率(Transition Probability):
指从状态 i 转移到状态 j 的概率,记作 $P_{ij}$。
转移矩阵(Transition Matrix, P):
是一个包含所有转移概率的方阵。其中每一行代表从某一状态出发的所有可能转移,因此每行元素之和必须等于 1。
下面是一个直观的例子:
2、吸收马尔科夫链
2.1 简介
如果说普通的马尔科夫链像是一场没有终点的循环旅程,那么吸收马尔科夫链则更像是一场“有结局”的过程。一旦系统进入某个特殊的终止状态,整个过程就会停止,并且无法再离开该状态。
一个马尔科夫链被称为“吸收马尔科夫链”,必须同时满足以下两个条件:
- 至少存在一个吸收态(Absorbing State):
即一旦系统进入该状态,则永远停留在此状态,对应的自转移概率为 1(即 $P_{ii} = 1$)。这类似于游戏中的“通关”或“结束”状态。 - 从任意非吸收态出发,最终都有可能到达某个吸收态:
无论经过多少步转移,系统不会永久停留在非吸收态之间循环,而总有机会进入吸收态。
2.2 标准形式
吸收马尔科夫链的转移矩阵可以被整理为如下标准结构:
2.3 关心的两个核心问题



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