吸收马尔科夫链

时间:2022-12-14 14:29:43

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吸收马尔可夫链

在马尔可夫链中,称Pij=1的状态为吸收状态。如果一个马尔可夫链中至少包含一个吸收状态,并且从每一个非吸收状态出发,都可以到达某个吸收状态,那么这个马尔可夫链称为吸收马尔可夫链(Absorbing Markov Chains[1]

吸收马尔科夫链

Drunkard's Walk

在上图的醉汉游走模型中,当醉汉处于位置12或者3时,他将会以等概率(1/2)向左或者向右走,他一直走,直到他到达位置0(他的家)或者位置4(酒吧)才停止游走。这模型的转移矩阵为:

吸收马尔科夫链

含有r个吸收状态和t个非吸收状态的吸收链,其转移矩阵的标准形式为:

吸收马尔科夫链

其中,I是一个r×r的单位矩阵,0是一个r×t的零矩阵,R是一个t×r的非零矩阵,Q是一个t×t的矩阵。

吸收链到达吸收状态的概率为1(即当n时,Qn0)。

对于吸收链P的标准形式,矩阵I-Q具有可逆矩阵N,且N=(I-Q)-1=I+Q+Q2+···N的元素nij是从非吸收状态si到另一非吸收状态sj平均转移次数。设c为元素全为1的列向量c=[1,1,···,1]',则t=Nc的第i个分量是从第i非吸收态出发,到某个吸收状态的平均转移次数。从非吸收状态i出发最终被吸收状态j吸收的概率由B=NR给出。

以上图的醉汉游走模型为例,其转移矩阵的标准形式为:

吸收马尔科夫链

则有:

吸收马尔科夫链    吸收马尔科夫链  吸收马尔科夫链

N的中间一行可以看出,如果从状态2开始,则被吸收前到达状态123的平均转移次数分别为121


吸收马尔科夫链

从状态123出发,到达吸收状态的平均转移次数分别为343


 吸收马尔科夫链

由矩阵 B 的第一行可知,从状态 1 出发,有 3/4 的概率到达吸收状态 0 ,有 1/4 的概率到达吸收状态 4