Verjetnost 2. Oktober Verjetnost 2 Šesto poglavje. Obratna pot do markovskih verig. Od diskretnega časa proti zveznemu. Stabilnost in eksplozije

Σχετικά έγγραφα
Verjetnost 2 Peto poglavje

Odvod. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 5. december Gregor Dolinar Matematika 1

Funkcijske vrste. Matematika 2. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 2. april Gregor Dolinar Matematika 2

Diferencialna enačba, v kateri nastopata neznana funkcija in njen odvod v prvi potenci

Zaporedja. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 22. oktober Gregor Dolinar Matematika 1

Odvod. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 10. december Gregor Dolinar Matematika 1

Funkcije. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 21. november Gregor Dolinar Matematika 1

Tretja vaja iz matematike 1

Funkcije. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 14. november Gregor Dolinar Matematika 1

Reševanje sistema linearnih

Definicija. definiramo skalarni produkt. x i y i. in razdaljo. d(x, y) = x y = < x y, x y > = n (x i y i ) 2. i=1. i=1

matrike A = [a ij ] m,n αa 11 αa 12 αa 1n αa 21 αa 22 αa 2n αa m1 αa m2 αa mn se števanje po komponentah (matriki morata biti enakih dimenzij):

Podobnost matrik. Matematika II (FKKT Kemijsko inženirstvo) Diagonalizacija matrik

IZPIT IZ ANALIZE II Maribor,

V tem poglavju bomo vpeljali pojem determinante matrike, spoznali bomo njene lastnosti in nekaj metod za računanje determinant.

KODE ZA ODKRIVANJE IN ODPRAVLJANJE NAPAK

Izpeljava Jensenove in Hölderjeve neenakosti ter neenakosti Minkowskega

Zaporedja. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 15. oktober Gregor Dolinar Matematika 1

13. Jacobijeva metoda za računanje singularnega razcepa

Funkcije. Matematika 1. Gregor Dolinar. Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. 12. november Gregor Dolinar Matematika 1

Iterativno reševanje sistemov linearnih enačb. Numerične metode, sistemi linearnih enačb. Numerične metode FE, 2. december 2013

Analiza 2 Rešitve 14. sklopa nalog

Linearne preslikave. Poglavje VII. 1 Definicija linearne preslikave in osnovne lastnosti

Matrike. Poglavje II. Matrika je pravokotna tabela realnih števil. Na primer: , , , 0 1

Lastne vrednosti in lastni vektorji

SKUPNE PORAZDELITVE VEČ SLUČAJNIH SPREMENLJIVK

Uporabna matematika za naravoslovce

Enačba, v kateri poleg neznane funkcije neodvisnih spremenljivk ter konstant nastopajo tudi njeni odvodi, se imenuje diferencialna enačba.

Osnove matematične analize 2016/17

REˇSITVE. Naloga a. b. c. d Skupaj. FAKULTETA ZA MATEMATIKO IN FIZIKO Oddelek za matematiko Verjetnost 2. kolokvij 23.

Vaje iz MATEMATIKE 8. Odvod funkcije., pravimo, da je funkcija f odvedljiva v točki x 0 z odvodom. f (x f(x 0 + h) f(x 0 ) 0 ) := lim

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Matematika 4 Pisni izpit 22. junij Navodila

Numerično reševanje. diferencialnih enačb II

Funkcije več spremenljivk

Splošno o interpolaciji

Kotne in krožne funkcije

Kvadratne forme. Poglavje XI. 1 Definicija in osnovne lastnosti

vezani ekstremi funkcij

Matematika 1. Gregor Dolinar. 2. januar Fakulteta za elektrotehniko Univerza v Ljubljani. Gregor Dolinar Matematika 1

Matematika 1. Gabrijel Tomšič Bojan Orel Neža Mramor Kosta

Matematika. Funkcije in enačbe

Matematika 1. Gabrijel Tomšič Bojan Orel Neža Mramor Kosta

8. Posplošeni problem lastnih vrednosti

Realne funkcije. Elementarne funkcije. Polinomi in racionalne funkcije. Eksponentna funkcija a x : R R + FKKT Matematika 1

DISKRETNA FOURIERJEVA TRANSFORMACIJA

Spoznajmo sedaj definicijo in nekaj osnovnih primerov zaporedij števil.

3.1 Reševanje nelinearnih sistemov

Matematika 2. Diferencialne enačbe drugega reda

1. Definicijsko območje, zaloga vrednosti. 2. Naraščanje in padanje, ekstremi. 3. Ukrivljenost. 4. Trend na robu definicijskega območja

1 Fibonaccijeva stevila

diferencialne enačbe - nadaljevanje

Univerza v Ljubljani Fakulteta za računalništvo in informatiko MATEMATIKA. Polona Oblak

Inverzni problem lastnih vrednosti evklidsko razdaljnih matrik

Algebraične strukture

Dodatna poglavja iz linearne algebre za 1. letnik finančne matematike na FMF. Primož Moravec

Osnove linearne algebre

INŽENIRSKA MATEMATIKA I

II. LIMITA IN ZVEZNOST FUNKCIJ

Funkcije dveh in več spremenljivk

Booleova algebra. Izjave in Booleove spremenljivke

1 Seštevanje vektorjev in množenje s skalarjem

UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA KEMIJO IN KEMIJSKO TEHNOLOGIJO MATEMATIKA III

22. Kdaj sta dva vektorja vzporedna? FGG geodezija UNI Matematika I, 2005/ Kdaj so vektorji a 1, a 2,..., a n linearno neodvisni?

Navadne diferencialne enačbe

Matematika 1. Jaka Cimprič

Poliedri Ines Pogačar 27. oktober 2009

PONOVITEV SNOVI ZA 4. TEST

1.3 Vsota diskretnih slučajnih spremenljivk

Odvode odvisnih spremenljivk po neodvisni spremenljivki bomo označevali s piko: Sistem navadnih diferencialnih enačb prvega reda ima obliko:

Bernoullijevo zaporedje neodvisnih poskusov

Matematika vaja. Matematika FE, Ljubljana, Slovenija Fakulteta za Elektrotehniko 1000 Ljubljana, Tržaška 25, Slovenija

Osnovne lastnosti odvoda

Problem lastnih vrednosti

Na pregledni skici napišite/označite ustrezne točke in paraboli. A) 12 B) 8 C) 4 D) 4 E) 8 F) 12

Dragi polinom, kje so tvoje ničle?

Linearna algebra. Bojan Orel Fakulteta za računalništvo in informatiko

*M * Osnovna in višja raven MATEMATIKA NAVODILA ZA OCENJEVANJE. Sobota, 4. junij 2011 SPOMLADANSKI IZPITNI ROK. Državni izpitni center

1. Trikotniki hitrosti

Vektorski prostori s skalarnim produktom

UNIVERZA V LJUBLJANI PEDAGOŠKA FAKULTETA SANDRA BOLTA LASTNE VREDNOSTI GRAFA DIPLOMSKO DELO

UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA KEMIJO IN KEMIJSKO TEHNOLOGIJO MATEMATIKA II

UNIVERZITET U NIŠU ELEKTRONSKI FAKULTET SIGNALI I SISTEMI. Zbirka zadataka

Kotni funkciji sinus in kosinus

ZBIRKA REŠENIH NALOG IZ MATEMATIKE I

Sklepanje je torej tudi interpretacija stavka predstavljena kot sekvenca instanc pravil.

11.5 Metoda karakteristik za hiperbolične PDE

Poglavje 2. Sistemi linearnih enačb

Del 5. Vektorske funkcije in funkcije več spremenljivk

ZBIRKA REŠENIH NALOG IZ MATEMATIKE II

Jasna Prezelj DIFERENCIALNE ENAČBE. za finančno matematiko

p 1 ENTROPIJSKI ZAKON

cot x ni def. 3 1 KOTNE FUNKCIJE POLJUBNO VELIKEGA KOTA (A) Merske enote stopinja [ ] radian [rad] 1. Izrazi kot v radianih.

8. Diskretni LTI sistemi

Navadne diferencialne enačbe

Matematika. BF Lesarstvo. Zapiski ob predavanjih v šolskem letu 2010/2011

Kvantni delec na potencialnem skoku

Univerza v Mariboru. Fakulteta za logistiko MATEMATIKA. Univerzitetni učbenik

Tema 1 Osnove navadnih diferencialnih enačb (NDE)

Domače naloge za 2. kolokvij iz ANALIZE 2b VEKTORSKA ANALIZA

1. UREJENE OBLIKE KVADRATNE FUNKCIJE

Transcript:

Oktober 2010

Vsebina 1 2 3

Osnovne sestavine obratne poti Imejmo markovsko o z diskretnim časom Y s števno množico stanj S, z začetno porazdelitvijo π 0 in prehodno matriko Q, ki ima lastnost, da so vsi njeni diagonalni elementi enaki 0, torej je q ii = 0 za vse i S. (Spomnimo se, da je imela vpeta markovska a te lastnosti.) Nadalje imejmo zaporedje n.e.p. slučajnih spremenljivk E n, ki so neodvisne tudi od e Y in so vse porazdeljene eksponentno s parametrom 1. Imejmo še števno množico strogo pozitivnih intenzivnosti zadrževanja {λ i } i S.

Osnovne sestavine obratne poti Imejmo markovsko o z diskretnim časom Y s števno množico stanj S, z začetno porazdelitvijo π 0 in prehodno matriko Q, ki ima lastnost, da so vsi njeni diagonalni elementi enaki 0, torej je q ii = 0 za vse i S. (Spomnimo se, da je imela vpeta markovska a te lastnosti.) Nadalje imejmo zaporedje n.e.p. slučajnih spremenljivk E n, ki so neodvisne tudi od e Y in so vse porazdeljene eksponentno s parametrom 1. Imejmo še števno množico strogo pozitivnih intenzivnosti zadrževanja {λ i } i S. Tvorili bomo rekurzivno zaporedje slučajnih časov T 0 = 0 in T n+1 = T n + E n λ Yn. To pomeni, da je čas zadrževanja, prirejen n-tem koraku diskretne e, porazdeljen eksponentno s parametrom λ Yn. Slučajna spremenljivka T n pa potem pomeni vsoto prvih n od teh časov.

Osnovne sestavine obratne poti Imejmo markovsko o z diskretnim časom Y s števno množico stanj S, z začetno porazdelitvijo π 0 in prehodno matriko Q, ki ima lastnost, da so vsi njeni diagonalni elementi enaki 0, torej je q ii = 0 za vse i S. (Spomnimo se, da je imela vpeta markovska a te lastnosti.) Nadalje imejmo zaporedje n.e.p. slučajnih spremenljivk E n, ki so neodvisne tudi od e Y in so vse porazdeljene eksponentno s parametrom 1. Imejmo še števno množico strogo pozitivnih intenzivnosti zadrževanja {λ i } i S. Tvorili bomo rekurzivno zaporedje slučajnih časov T 0 = 0 in T n+1 = T n + E n λ Yn. To pomeni, da je čas zadrževanja, prirejen n-tem koraku diskretne e, porazdeljen eksponentno s parametrom λ Yn. Slučajna spremenljivka T n pa potem pomeni vsoto prvih n od teh časov.

Osnovne lastnosti Slučajni proces z zveznim časom tvorimo zdaj po predpisu X (t) = Y n za T n t < T n+1. Poglejmo si nekaj lastnosti tako dobljenega slučajnega procesa. Najprej ugotovimo: Časi zadrževanja v posameznih korakih zveznega procesa {T m T m 1 } m N so eksponentno porazdeljeni in pogojno neodvisni pri pogoju {Y n }. Proces ima markovsko lastnost.

Osnovne lastnosti Slučajni proces z zveznim časom tvorimo zdaj po predpisu X (t) = Y n za T n t < T n+1. Poglejmo si nekaj lastnosti tako dobljenega slučajnega procesa. Najprej ugotovimo: Časi zadrževanja v posameznih korakih zveznega procesa {T m T m 1 } m N so eksponentno porazdeljeni in pogojno neodvisni pri pogoju {Y n }. Proces ima markovsko lastnost. Markovska lastnost sledi po kratkem računu, ki pokaže P(X n+1 = j, T n+1 T n > u X 0 = i 0,..., X n = i, T 0,..., T n ) = P(X n+1 = j, T n+1 T n > u X n = i)

Osnovne lastnosti Slučajni proces z zveznim časom tvorimo zdaj po predpisu X (t) = Y n za T n t < T n+1. Poglejmo si nekaj lastnosti tako dobljenega slučajnega procesa. Najprej ugotovimo: Časi zadrževanja v posameznih korakih zveznega procesa {T m T m 1 } m N so eksponentno porazdeljeni in pogojno neodvisni pri pogoju {Y n }. Proces ima markovsko lastnost. Markovska lastnost sledi po kratkem računu, ki pokaže P(X n+1 = j, T n+1 T n > u X 0 = i 0,..., X n = i, T 0,..., T n ) = P(X n+1 = j, T n+1 T n > u X n = i)

Dva zgleda Najprej rojstno smrtni proces še po obratni varianti. Vlogo vpete markovske e igra slučajni sprehod na množici stanj S = N {0} ter prehodnimi verjetnostmi q n,n+1 = p n, q n,n 1 = 1 p n pri n 1 ter q 01 = 1 (tj. sprehod z eno odbijajočo steno). Intenzivnosti zadrževanja označimo z {α n } n S. tod dobimo intenzivnosti rojstev λ n = p n α n in intenzivnosti smrti µ n = (1 p n )α n. V naslednji i z zveznim časom naj bodo časi zadrževanja vsi enaki λ. Tedaj so T n časi Poissonovega toka s parametrom λ. Označimo ta proces z N(t). Tedaj je X (t) = Y N(t). Tu lahko eksplicitno izračunamo polgrupo matrik:

Dva zgleda Najprej rojstno smrtni proces še po obratni varianti. Vlogo vpete markovske e igra slučajni sprehod na množici stanj S = N {0} ter prehodnimi verjetnostmi q n,n+1 = p n, q n,n 1 = 1 p n pri n 1 ter q 01 = 1 (tj. sprehod z eno odbijajočo steno). Intenzivnosti zadrževanja označimo z {α n } n S. tod dobimo intenzivnosti rojstev λ n = p n α n in intenzivnosti smrti µ n = (1 p n )α n. V naslednji i z zveznim časom naj bodo časi zadrževanja vsi enaki λ. Tedaj so T n časi Poissonovega toka s parametrom λ. Označimo ta proces z N(t). Tedaj je X (t) = Y N(t). Tu lahko eksplicitno izračunamo polgrupo matrik: P ij (t) = P(X N(t) = j X 0 = i) = P(X n = j X 0 = i)p(n(t) = n) = n=0 (λt) n e λt n! q (n) ij

Dva zgleda Najprej rojstno smrtni proces še po obratni varianti. Vlogo vpete markovske e igra slučajni sprehod na množici stanj S = N {0} ter prehodnimi verjetnostmi q n,n+1 = p n, q n,n 1 = 1 p n pri n 1 ter q 01 = 1 (tj. sprehod z eno odbijajočo steno). Intenzivnosti zadrževanja označimo z {α n } n S. tod dobimo intenzivnosti rojstev λ n = p n α n in intenzivnosti smrti µ n = (1 p n )α n. V naslednji i z zveznim časom naj bodo časi zadrževanja vsi enaki λ. Tedaj so T n časi Poissonovega toka s parametrom λ. Označimo ta proces z N(t). Tedaj je X (t) = Y N(t). Tu lahko eksplicitno izračunamo polgrupo matrik: P ij (t) = P(X N(t) = j X 0 = i) = P(X n = j X 0 = i)p(n(t) = n) = n=0 (λt) n e λt n! q (n) ij

Stabilnost Za intenzivnosti zadrževanja {λ i } i S smo privzeli, da vse ležijo na intervalu (0, + ). Poglejmo, kaj bi bil naravni pomen obeh robnih vrednosti. Ker pomeni λ 1 i povprečni čas zadrževanja, lahko robna vrednost λ i = 0 naravno modelira absrobirajoče stanje i S. Opazimo, da zaradi privzetka, da so diagonalni elementi prehodne matrike Q vsi enaki 0, torej je q ii = 0 za vse i S, absorbirajočega stanja ne moremo modelirati z diskretnim delom e Y. Primer λ i = + pa modelira stanje i S, ki ga a obišče in v istem trenutku zapusti. Tako stanje imenujemo trenutno stanje. Kadar pa za intenzivnost zadrževanja velja osnovni privzetek 0 < λ i < +, potem pravimo, da je stanje i S stabilno.

Stabilnost Za intenzivnosti zadrževanja {λ i } i S smo privzeli, da vse ležijo na intervalu (0, + ). Poglejmo, kaj bi bil naravni pomen obeh robnih vrednosti. Ker pomeni λ 1 i povprečni čas zadrževanja, lahko robna vrednost λ i = 0 naravno modelira absrobirajoče stanje i S. Opazimo, da zaradi privzetka, da so diagonalni elementi prehodne matrike Q vsi enaki 0, torej je q ii = 0 za vse i S, absorbirajočega stanja ne moremo modelirati z diskretnim delom e Y. Primer λ i = + pa modelira stanje i S, ki ga a obišče in v istem trenutku zapusti. Tako stanje imenujemo trenutno stanje. Kadar pa za intenzivnost zadrževanja velja osnovni privzetek 0 < λ i < +, potem pravimo, da je stanje i S stabilno. Oglejmo si še, kaj se zgodi s procesom po času T = lim n T n. Če je T =, nam za to ni treba skrbeti. Prehodi so se lepo razvrstili skozi čas. Prejšnja definicija opredeli samo te primere.

Stabilnost Za intenzivnosti zadrževanja {λ i } i S smo privzeli, da vse ležijo na intervalu (0, + ). Poglejmo, kaj bi bil naravni pomen obeh robnih vrednosti. Ker pomeni λ 1 i povprečni čas zadrževanja, lahko robna vrednost λ i = 0 naravno modelira absrobirajoče stanje i S. Opazimo, da zaradi privzetka, da so diagonalni elementi prehodne matrike Q vsi enaki 0, torej je q ii = 0 za vse i S, absorbirajočega stanja ne moremo modelirati z diskretnim delom e Y. Primer λ i = + pa modelira stanje i S, ki ga a obišče in v istem trenutku zapusti. Tako stanje imenujemo trenutno stanje. Kadar pa za intenzivnost zadrževanja velja osnovni privzetek 0 < λ i < +, potem pravimo, da je stanje i S stabilno. Oglejmo si še, kaj se zgodi s procesom po času T = lim n T n. Če je T =, nam za to ni treba skrbeti. Prehodi so se lepo razvrstili skozi čas. Prejšnja definicija opredeli samo te primere.

Eksplozija Kadar pa je T <, se je v končnem času zgodilo neskončno prehodov. V tem primeru pravimo, da ima a eksplozijo. Točneje, pravimo, da je proces regularen, če velja P(T = X (0) = i) za vse i S. Izrek (Regularnost) Za poljubno stanje i S velja, da je ( P(T < X (0) = i) = P n 1 λ Yn < X (0) = i ). Zato je markovska a regularna natanko tedaj, ko je ( ) 1 P = X (0) = i za vse i S. λ Yn

Eksplozija Kadar pa je T <, se je v končnem času zgodilo neskončno prehodov. V tem primeru pravimo, da ima a eksplozijo. Točneje, pravimo, da je proces regularen, če velja P(T = X (0) = i) za vse i S. Izrek (Regularnost) Za poljubno stanje i S velja, da je ( P(T < X (0) = i) = P n 1 λ Yn < X (0) = i ). Zato je markovska a regularna natanko tedaj, ko je ( ) 1 P = X (0) = i za vse i S. λ Yn

Eksplozija nadaljevanje Pojem smo že srečali pri rojstnih procesih. Tam smo tudi dokaj natančno preverili ekvivalentnost s sorodnim pogojem, kot je pogoj iz tega izreka. Zato dokaz tokrat opustimo. Raje si poglejmo nekaj preprostih posledic: Če so intenzivnosti zadrževanja omejene z neko konstanto, potem je a regularna. Če so intenzivnosti zadrževanja linearne, tj λ i = λi, potem je a regularna. Če je množica stanj končna, potem je a regularna.

Eksplozija nadaljevanje Pojem smo že srečali pri rojstnih procesih. Tam smo tudi dokaj natančno preverili ekvivalentnost s sorodnim pogojem, kot je pogoj iz tega izreka. Zato dokaz tokrat opustimo. Raje si poglejmo nekaj preprostih posledic: Če so intenzivnosti zadrževanja omejene z neko konstanto, potem je a regularna. Če so intenzivnosti zadrževanja linearne, tj λ i = λi, potem je a regularna. Če je množica stanj končna, potem je a regularna. Označimo z M S množico minljivih stanj. Če a nima trenutnih stanj (kar smo itak privzeli) in če je P (Y n M, n X (0) = i) = 0 za vse i S, potem je a regularna.

Eksplozija nadaljevanje Pojem smo že srečali pri rojstnih procesih. Tam smo tudi dokaj natančno preverili ekvivalentnost s sorodnim pogojem, kot je pogoj iz tega izreka. Zato dokaz tokrat opustimo. Raje si poglejmo nekaj preprostih posledic: Če so intenzivnosti zadrževanja omejene z neko konstanto, potem je a regularna. Če so intenzivnosti zadrževanja linearne, tj λ i = λi, potem je a regularna. Če je množica stanj končna, potem je a regularna. Označimo z M S množico minljivih stanj. Če a nima trenutnih stanj (kar smo itak privzeli) in če je P (Y n M, n X (0) = i) = 0 za vse i S, potem je a regularna.

Prehodne verjetnosti Zdaj bi radi tudi v obratnem pristopu prišli do prehodnih verjetnosti p ij (t) = P(X (t) = j X (0) = i). Izrek Za poljubni stanji i, j S ter poljuben čas t > 0 velja, da je t p ij (t) = δ ij e λ i t + λ i e λ i s Q ik p kj (t s) ds. (1) 0 k i

Prehodne verjetnosti Zdaj bi radi tudi v obratnem pristopu prišli do prehodnih verjetnosti p ij (t) = P(X (t) = j X (0) = i). Izrek Za poljubni stanji i, j S ter poljuben čas t > 0 velja, da je t p ij (t) = δ ij e λ i t + λ i e λ i s Q ik p kj (t s) ds. (1) 0 k i Verjetnost p ij (t) razcepimo glede na vrednost prvega skoka T 1 ; dobimo p ij (t) = P(X (t) = j, T 1 > t X (0) = i)+p(x (t) = j, T 1 t X (0) = (2)

Prehodne verjetnosti Zdaj bi radi tudi v obratnem pristopu prišli do prehodnih verjetnosti p ij (t) = P(X (t) = j X (0) = i). Izrek Za poljubni stanji i, j S ter poljuben čas t > 0 velja, da je t p ij (t) = δ ij e λ i t + λ i e λ i s Q ik p kj (t s) ds. (1) 0 k i Verjetnost p ij (t) razcepimo glede na vrednost prvega skoka T 1 ; dobimo p ij (t) = P(X (t) = j, T 1 > t X (0) = i)+p(x (t) = j, T 1 t X (0) = (2)

Prehodne verjetnosti nadaljevanje Prva od obeh verjetnosti nas pripelje do prvega sumanda v (1). Za drugo potrebujemo podrobnejšo analizo, katere osnovne ideje tu predstavimo. Proces zapišimo formalno v obliki X (t) = Y n χ [Tn Tn+1 )(t), kjer za n 1 : T n = n=0 n 1 j=0 E j λ(y j ). Če se je prvi skok zgodil v intervalu (s, s + ds), se je zgodil z verjetnostjo λ i e λ i s ds. V trenutku skoka si je a izbrala stanje, v katerega bo preskočila, denimo k z verjetnostjo Q ik. Po tistem nam markovska lastnost dovoli, da pozabimo na zgodovino in preidemo z verjetnostjo p kj (t s) v stanje j. Dobljene verjetnosti moramo sešteti po vseh k in vseh s. Po tej poti pridemo iz drugega izraza v (2) do drugega izraza v (1) Ta idejno preprosti premislek lahko preverimo s tehnično zahtevnim, če ne mukotrpnim računom.

Prehodne verjetnosti nadaljevanje Prva od obeh verjetnosti nas pripelje do prvega sumanda v (1). Za drugo potrebujemo podrobnejšo analizo, katere osnovne ideje tu predstavimo. Proces zapišimo formalno v obliki X (t) = Y n χ [Tn Tn+1 )(t), kjer za n 1 : T n = n=0 n 1 j=0 E j λ(y j ). Če se je prvi skok zgodil v intervalu (s, s + ds), se je zgodil z verjetnostjo λ i e λ i s ds. V trenutku skoka si je a izbrala stanje, v katerega bo preskočila, denimo k z verjetnostjo Q ik. Po tistem nam markovska lastnost dovoli, da pozabimo na zgodovino in preidemo z verjetnostjo p kj (t s) v stanje j. Dobljene verjetnosti moramo sešteti po vseh k in vseh s. Po tej poti pridemo iz drugega izraza v (2) do drugega izraza v (1) Ta idejno preprosti premislek lahko preverimo s tehnično zahtevnim, če ne mukotrpnim računom.

Standardnost Kot preprosto posledico tega izreka dokažemo, da je polgrupa, dobljena po obratni poti standardna. Obstaja torej njena desna limita v točki t = 0 in je enaka identični matriki. Izrek Prehodna matrika P(t) s koeficienti p ij (t) je standardna. Poučen je alternativni dokaz tega dejstva. Denimo, da je v trenutku t = 0 a v stanju i. Potem je v času 0 t < T 1 še zmerom v tem stanju. Ker je T 1 E 0 /λ i, je lim X (t) = i t 0

Standardnost Kot preprosto posledico tega izreka dokažemo, da je polgrupa, dobljena po obratni poti standardna. Obstaja torej njena desna limita v točki t = 0 in je enaka identični matriki. Izrek Prehodna matrika P(t) s koeficienti p ij (t) je standardna. Poučen je alternativni dokaz tega dejstva. Denimo, da je v trenutku t = 0 a v stanju i. Potem je v času 0 t < T 1 še zmerom v tem stanju. Ker je T 1 E 0 /λ i, je lim X (t) = i t 0 skoraj gotovo pri pogoju {X (t) = i}. Skoraj gotova konvergenca pa ima za posledico konvergenco po porazdelitvi (po zakonu, po meri), zato velja lim P(X (t) = j X (t) = i) = δ ij, t 0

Standardnost Kot preprosto posledico tega izreka dokažemo, da je polgrupa, dobljena po obratni poti standardna. Obstaja torej njena desna limita v točki t = 0 in je enaka identični matriki. Izrek Prehodna matrika P(t) s koeficienti p ij (t) je standardna. Poučen je alternativni dokaz tega dejstva. Denimo, da je v trenutku t = 0 a v stanju i. Potem je v času 0 t < T 1 še zmerom v tem stanju. Ker je T 1 E 0 /λ i, je lim X (t) = i t 0 skoraj gotovo pri pogoju {X (t) = i}. Skoraj gotova konvergenca pa ima za posledico konvergenco po porazdelitvi (po zakonu, po meri), zato velja lim P(X (t) = j X (t) = i) = δ ij, t 0

vedljivost 1 Druga posledica prejšnjega izreka pa je dejstvo, da je prehodna matrika tudi z desne odvedljiva v točki t = 0 (po komponentah). Dobljena matrika je seveda nam že dobro znani. Izrek (Oblika ja) Obstaja desni odvod matrične funkcije P(t) po komponentah v vseh časovnih točkah t. V točki t = 0 je ta odvod enak { d dt p λi, če i = j; ij(0) = g ij = λ i Q ij, če i j. V matričnem zapisu dobi enačba iz tega izreka obliko P (0) = G. Tu označuje matrika G s komponentami g ij.

vedljivost 1 Druga posledica prejšnjega izreka pa je dejstvo, da je prehodna matrika tudi z desne odvedljiva v točki t = 0 (po komponentah). Dobljena matrika je seveda nam že dobro znani. Izrek (Oblika ja) Obstaja desni odvod matrične funkcije P(t) po komponentah v vseh časovnih točkah t. V točki t = 0 je ta odvod enak { d dt p λi, če i = j; ij(0) = g ij = λ i Q ij, če i j. V matričnem zapisu dobi enačba iz tega izreka obliko P (0) = G. Tu označuje matrika G s komponentami g ij.

vedljivost 2 Slednja enačba ima na diagonali naslednji pomen: 1 p ii (t) = λ i t + o(t), to se pravi, da je λ i t ptibližno enaka verjetnosti, da bo a zapustila stanje i, oziroma je λ i pretok verjetnosti, da bo a zapustila stanje i pred časom t. Oglejmo si še pomen iste enačbe izven diagonale: p ij (t) = λ i Q ij t + o(t), to se pravi, da je λ i Q ij t ptibližno enaka verjetnosti, da bo a zapustila stanje i in prešla v stanje j. Torej je λ i Q ij pretok verjetnosti, da bo a prešla iz stanja i v stanje j pred časom t.

vedljivost 2 Slednja enačba ima na diagonali naslednji pomen: 1 p ii (t) = λ i t + o(t), to se pravi, da je λ i t ptibližno enaka verjetnosti, da bo a zapustila stanje i, oziroma je λ i pretok verjetnosti, da bo a zapustila stanje i pred časom t. Oglejmo si še pomen iste enačbe izven diagonale: p ij (t) = λ i Q ij t + o(t), to se pravi, da je λ i Q ij t ptibližno enaka verjetnosti, da bo a zapustila stanje i in prešla v stanje j. Torej je λ i Q ij pretok verjetnosti, da bo a prešla iz stanja i v stanje j pred časom t. Da bi dokazali izrek, vstavimo v rekurzivno integralsko enačbo za p ij (t) substitucijo u = t s:

vedljivost 2 Slednja enačba ima na diagonali naslednji pomen: 1 p ii (t) = λ i t + o(t), to se pravi, da je λ i t ptibližno enaka verjetnosti, da bo a zapustila stanje i, oziroma je λ i pretok verjetnosti, da bo a zapustila stanje i pred časom t. Oglejmo si še pomen iste enačbe izven diagonale: p ij (t) = λ i Q ij t + o(t), to se pravi, da je λ i Q ij t ptibližno enaka verjetnosti, da bo a zapustila stanje i in prešla v stanje j. Torej je λ i Q ij pretok verjetnosti, da bo a prešla iz stanja i v stanje j pred časom t. Da bi dokazali izrek, vstavimo v rekurzivno integralsko enačbo za p ij (t) substitucijo u = t s:

vedljivost 3 p ij (t) = e λ i t δ ij + t 0 λ i e λ i t Q ik p kj (u) du (3) k i Funkcija pod integralskim znakom na desni strani enačbe (3) je očitno omejena. Ker je integral omejene funkcije kot funkcija zgornje meje zvezna, je na levi strani te enačbe zvezna funkcija. To pa velja za vse pare indeksov i in j. S tem dejstvom v roki se ponovno ozrimo na enačbo (3). Tokrat opazimo, da je na desni strani integral zvezne funkcije. Ta pa je vselej odvedljiva funkcija in njen odvod je enak integrandu v točki zgornje meje. Tako dobimo

vedljivost 3 p ij (t) = e λ i t δ ij + t 0 λ i e λ i t Q ik p kj (u) du (3) k i Funkcija pod integralskim znakom na desni strani enačbe (3) je očitno omejena. Ker je integral omejene funkcije kot funkcija zgornje meje zvezna, je na levi strani te enačbe zvezna funkcija. To pa velja za vse pare indeksov i in j. S tem dejstvom v roki se ponovno ozrimo na enačbo (3). Tokrat opazimo, da je na desni strani integral zvezne funkcije. Ta pa je vselej odvedljiva funkcija in njen odvod je enak integrandu v točki zgornje meje. Tako dobimo p ij(t) = λ i p ij (t) + λ i Q ik p kj (t). (4) k i

vedljivost 3 p ij (t) = e λ i t δ ij + t 0 λ i e λ i t Q ik p kj (u) du (3) k i Funkcija pod integralskim znakom na desni strani enačbe (3) je očitno omejena. Ker je integral omejene funkcije kot funkcija zgornje meje zvezna, je na levi strani te enačbe zvezna funkcija. To pa velja za vse pare indeksov i in j. S tem dejstvom v roki se ponovno ozrimo na enačbo (3). Tokrat opazimo, da je na desni strani integral zvezne funkcije. Ta pa je vselej odvedljiva funkcija in njen odvod je enak integrandu v točki zgornje meje. Tako dobimo p ij(t) = λ i p ij (t) + λ i Q ik p kj (t). (4) k i

Nazajšnje enačbe Kolmogorova Z enačbo (4) smo končali dokaz zadnjega izreka. Upoštevamo še definicijo ja, da dobimo p ij(t) = k S [ λ i δ ik (t) + λ i Q ik ] p kj (t) = k S g ik p kj (t). (5) To pa je ravno nazajšnji sistem enačb Kolmogorova. Tako smo dokazali naslednji izrek: Izrek (Nazajšnje enačbe Kolmogorova) Za matrično polgrupo, prirejeno markovski i z zveznim časom po obratni poti velja, da je zvezna in zvezno odvedljiva. Zanjo in njen, podan z izrekom Oblika ja, veljajo enačbe (5).

Nazajšnje enačbe Kolmogorova Z enačbo (4) smo končali dokaz zadnjega izreka. Upoštevamo še definicijo ja, da dobimo p ij(t) = k S [ λ i δ ik (t) + λ i Q ik ] p kj (t) = k S g ik p kj (t). (5) To pa je ravno nazajšnji sistem enačb Kolmogorova. Tako smo dokazali naslednji izrek: Izrek (Nazajšnje enačbe Kolmogorova) Za matrično polgrupo, prirejeno markovski i z zveznim časom po obratni poti velja, da je zvezna in zvezno odvedljiva. Zanjo in njen, podan z izrekom Oblika ja, veljajo enačbe (5). Do naprejšnjih enačb moramo prehoditi spet celo pot preko ustrezne rekurzivne integralske enačbe, kot smo jo dobili s pogojevanjem na začetku intervala...

Nazajšnje enačbe Kolmogorova Z enačbo (4) smo končali dokaz zadnjega izreka. Upoštevamo še definicijo ja, da dobimo p ij(t) = k S [ λ i δ ik (t) + λ i Q ik ] p kj (t) = k S g ik p kj (t). (5) To pa je ravno nazajšnji sistem enačb Kolmogorova. Tako smo dokazali naslednji izrek: Izrek (Nazajšnje enačbe Kolmogorova) Za matrično polgrupo, prirejeno markovski i z zveznim časom po obratni poti velja, da je zvezna in zvezno odvedljiva. Zanjo in njen, podan z izrekom Oblika ja, veljajo enačbe (5). Do naprejšnjih enačb moramo prehoditi spet celo pot preko ustrezne rekurzivne integralske enačbe, kot smo jo dobili s pogojevanjem na začetku intervala...