הרצאה 7: CTMC הסתברויות גבוליות, הפיכות בזמן, תהליכי לידה ומוות

Σχετικά έγγραφα
הרצאה 9: CTMC מבוא לתורת התורים

תורת התורים תור שרת יחיד, תורים במקביל ובטור, רשתות תורים

הרצאה 10: תורת התורים נוסחאות כלליות ותורים של שרת יחיד

שדות תזכורת: פולינום ממעלה 2 או 3 מעל שדה הוא פריק אם ורק אם יש לו שורש בשדה. שקיימים 5 מספרים שלמים שונים , ראשוני. שעבורם

[ ] Observability, Controllability תרגול 6. ( t) t t קונטרולבילית H למימדים!!) והאובז' דוגמא: x. נשתמש בעובדה ש ) SS rank( S) = rank( עבור מטריצה m

חורף תש''ע פתרון בחינה סופית מועד א'

gcd 24,15 = 3 3 =

מבוא לרשתות - תרגול מס 5 תורת התורים

ל הזכויות שמורות לדפנה וסטרייך

פתרון תרגיל מרחבים וקטורים. x = s t ולכן. ur uur נסמן, ur uur לכן U הוא. ur uur. ur uur

תרגול מס' 6 פתרון מערכת משוואות ליניארית

תרגיל 13 משפטי רול ולגראנז הערות

פתרון תרגיל 5 מבוא ללוגיקה ותורת הקבוצות, סתיו תשע"ד

מבוא לרשתות - תרגול מס 5 תורת התורים

brookal/logic.html לוגיקה מתמטית תרגיל אלון ברוק

אם לא דברנו בסוף מספיק על שרשראות עם מספר מצבים אינסופי פשוט תתעלמו מהתרגילים המתאימים.

הסתברות שבתחנה יש 0 מוניות ו- 0 נוסעים. הסתברות שבתחנה יש k-t נוסעים ו- 0 מוניות. λ λ λ λ λ λ λ λ P...

מתכנס בהחלט אם n n=1 a. k=m. k=m a k n n שקטן מאפסילון. אם קח, ניקח את ה- N שאנחנו. sin 2n מתכנס משום ש- n=1 n. ( 1) n 1

אוטומט סופי דטרמיניסטי מוגדר ע"י החמישייה:

יסודות לוגיקה ותורת הקבוצות למערכות מידע (סמסטר ב 2012)

5.1.1 מבוא. .(process X X רציף). n n 1 0.5

לדוגמה: במפורט: x C. ,a,7 ו- 13. כלומר בקיצור

c ארזים 15 במרץ 2017

פתרון תרגיל 8. מרחבים וקטורים פרישה, תלות \ אי-תלות לינארית, בסיס ומימד ... ( ) ( ) ( ) = L. uuruuruur. { v,v,v ( ) ( ) ( ) ( )

אלגברה ליניארית 1 א' פתרון 2

תרגול פעולות מומצאות 3

שאלה 1 V AB פתרון AB 30 R3 20 R

1 תוחלת מותנה. c ארזים 3 במאי G מדיד לפי Y.1 E (X1 A ) = E (Y 1 A )

תורת התורים תור לקוחות

רשימת משפטים והגדרות

Charles Augustin COULOMB ( ) קולון חוק = K F E המרחק סטט-קולון.

גבול ורציפות של פונקציה סקלרית שאלות נוספות

Logic and Set Theory for Comp. Sci.

c ארזים 26 בינואר משפט ברנסייד פתירה. Cl (z) = G / Cent (z) = q b r 2 הצגות ממשיות V = V 0 R C אזי מקבלים הצגה מרוכבת G GL R (V 0 ) GL C (V )

לוגיקה ותורת הקבוצות פתרון תרגיל בית 8 חורף תשע"ו ( ) ... חלק ראשון: שאלות שאינן להגשה נפריד למקרים:

מתמטיקה בדידה תרגול מס' 13

תרגול משפט הדיברגנץ. D תחום חסום וסגור בעל שפה חלקה למדי D, ותהי F פו' וקטורית :F, R n R n אזי: נוסחת גרין I: הוכחה: F = u v כאשר u פו' סקלרית:

logn) = nlog. log(2n

צעד ראשון להצטיינות מבוא: קבוצות מיוחדות של מספרים ממשיים

טענה חשובה : העתקה לינארית הינה חד חד ערכית האפס ב- הוא הוקטור היחיד שמועתק לוקטור אפס של. נקבל מחד חד הערכיות כי בהכרח.

התפלגות χ: Analyze. Non parametric test

I. גבולות. x 0. מתקיים L < ε. lim אם ורק אם. ( x) = 1. lim = 1. lim. x x ( ) הפונקציה נגזרות Δ 0. x Δx

תרגול 1 חזרה טורי פורייה והתמרות אינטגרליות חורף תשע"ב זהויות טריגונומטריות

הרצאה. α α פלוני, וכדומה. הזוויות α ל- β שווה ל-

אלגברה ליניארית (1) - תרגיל 6

הגדרה: מצבים k -בני-הפרדה

תורת המספרים 1 פירוק לגורמים ראשוניים סיכום הגדרות טענות ומשפטים אביב הגדרות 1.2 טענות

ניהול תמיכה מערכות שלבים: DFfactor=a-1 DFt=an-1 DFeror=a(n-1) (סכום _ הנתונים ( (מספר _ חזרות ( (מספר _ רמות ( (סכום _ ריבועי _ כל _ הנתונים (

מודלים חישוביים תרגולמס 7

החשמלי השדה הקדמה: (אדום) הוא גוף הטעון במטען q, כאשר גוף B, נכנס אל תוך התחום בו השדה משפיע, השדה מפעיל עליו כוח.

תורת הקומפילציה הרצאה 4 ניתוח תחבירי )Parsing( של דקדוקי LR(0) ו-( LR(1 )חזרה + המשך(

אלגברה ליניארית 1 א' פתרון 7

סיכום- בעיות מינימוםמקסימום - שאלון 806

{ : Halts on every input}

תרגול מס' 1 3 בנובמבר 2012

לוגיקה ותורת הקבוצות פתרון תרגיל בית 4 אביב תשע"ו (2016)

קיום ויחידות פתרונות למשוואות דיפרנציאליות

דף פתרונות 7 נושא: תחשיב הפסוקים: צורה דיסיונקטיבית נורמלית, מערכת קשרים שלמה, עקביות

תרגיל 7 פונקציות טריגונומטריות הערות

הרצאה תרגילים סמינר תורת המספרים, סמסטר אביב פרופ' יעקב ורשבסקי

( k) ( ) = ( ) ( ) ( ) ( ) A Ω P( B) P A B P A P B תכונות: A ו- B ב"ת, אזי: A, B ב "ת. בינומי: (ההסתברות לk הצלחות מתוך n ניסויים) n.

פתרון 4. a = Δv Δt = = 2.5 m s 10 0 = 25. y = y v = 15.33m s = 40 2 = 20 m s. v = = 30m x = t. x = x 0.

מינימיזציה של DFA מינימיזציה של הקנוני שאותה ראינו בסעיף הקודם. בנוסף, נוכיח את יחידות האוטומט המינימלי בכך שנראה שכל אוטומט על ידי שינוי שמות

תורת ההסתברות 1 יובל קפלן סיכום הרצאות פרופ יורי קיפר בקורס "תורת ההסתברות 1" (80420) באוניברסיטה העברית,

נספח לפרק 10 דוגמא לאנליזה של מכונת מצבים ננסה להבין את פעולתה של מ כונת המצבים הבאה : Input X. q 0 q 1. output D FF-0 D FF-1. clk

מבנים אלגבריים II 27 במרץ 2012

אוטומטים, שפות פורמליות ו ח ישוּב יוּת

הרצאה 12: מימון ותמחור אופציות מרטינגלים ונוסחת Black-Scholes

מודלים חישוביים תרגולמס 5

אלגברה לינארית 1 יובל קפלן

סיכום בנושא של דיפרנציאביליות ונגזרות כיווניות

אלגוריתמים בתורת הגרפים חלק ראשון

= 2. + sin(240 ) = = 3 ( tan(α) = 5 2 = sin(α) = sin(α) = 5. os(α) = + c ot(α) = π)) sin( 60 ) sin( 60 ) sin(

אלגוריתמים ללכסון מטריצות ואופרטורים

אלגברה מודרנית פתרון שיעורי בית 6

כלליים זמן: S מחסנית, top(s) ראש המחסנית. (Depth First Search) For each unmarked DFS(v) / BFS(v) רקורסיבי. אלגוריתם :BFS

פולינומים אורתוגונליים

Domain Relational Calculus דוגמאות. {<bn> dn(<dn, bn> likes dn = Yossi )}

Regular Expressions (RE)

אותות אקראיים סיכום הקורס עדכון אחרון: 12/10/2009

אלגברה לינארית מטריצות מטריצות הפיכות

תשובות מלאות לבחינת הבגרות במתמטיקה מועד ג' תשע"ד, מיום 0/8/0610 שאלונים: 315, מוצע על ידי בית הספר לבגרות ולפסיכומטרי של אבירם פלדמן

אלגברה לינארית (1) - פתרון תרגיל 11

חידה לחימום. כתבו תכappleית מחשב, המקבלת כקלט את M ו- N, מחליטה האם ברצוappleה להיות השחקן הפותח או השחקן השappleי, ותשחק כך שהיא תappleצח תמיד.

מתמטיקה בדידה תרגול מס' 5

( )( ) ( ) f : B C היא פונקציה חח"ע ועל מכיוון שהיא מוגדרת ע"י. מכיוון ש f היא פונקציהאז )) 2 ( ( = ) ( ( )) היא פונקציה חח"ע אז ועל פי הגדרת

סיכום חקירת משוואות מהמעלה הראשונה ומהמעלה השנייה פרק זה הינו חלק מסיכום כולל לשאלון 005 שנכתב על-ידי מאיר בכור

1 סכום ישר של תת מרחבים

משוואות רקורסיביות רקורסיה זו משוואה או אי שוויון אשר מתארת פונקציה בעזרת ערכי הפונקציה על ארגומנטים קטנים. למשל: יונתן יניב, דוד וייץ

TECHNION Israel Institute of Technology, Faculty of Mechanical Engineering מבוא לבקרה (034040) גליון תרגילי בית מס 5 ציור 1: דיאגרמת הבלוקים

אלגוריתמים 1, סמסטר אביב 2017

PDF created with pdffactory trial version

x a x n D f (iii) x n a ,Cauchy

מודלים חישוביים פתרון תרגיל 5

אוסף שאלות מס. 3 פתרונות

co ארזים 3 במרץ 2016

תורת ההסתברות 2: (או הסתברות ותהליכים סטוכסטים)

פתרונות , כך שאי השוויון המבוקש הוא ברור מאליו ולכן גם קודמו תקף ובכך מוכחת המונוטוניות העולה של הסדרה הנתונה.

מתרגלת: שירה גילת סמסטר א 2017 תשע"ז

קבוצה היא שם כללי לתיאור אוסף כלשהו של איברים.

Transcript:

הרצאה 7: CTMC הסתברויות גבוליות, הפיכות בזמן, תהליכי לידה ומוות משואות קולמוגורוב pi, j ( t + ) = pi, j ( t)( rj ) + pi, k ( t) rk, j k j pi, j ( + t) = ( ri ) pi, j ( t) + ri, k pk, j ( t) k j P ( t) = QP( t) משואות אחוריות P ( t) = P( t) :משואות קדמיות Q h Qt t h P( t) = e = Q h= 0 h! פתרון:, exp( ) X ( t ) = 0 X ( t ) = המשך דוגמא 2: אמינות רכיב תקין, מקולקל, זמן פעולה זמן 0 J 0 Q, R = =, P = 0 0 t CTMC עם 0 תיקון: ) exp( התהליך הוא פתרון משואות קולמוגורוב, הסתברויות מעבר לזמן ( + ) t ( + ) t 0 + e e P( t) = + + + + ( + ) t ( + ) t e + e + + + + עבור זמן מעבר 0, זמן מעבר קצר, ועבור זמן ארוך (הגבוליות): 0 + + P(0) = P( ) P( ) 0 = = + + = 2, = 4, 3, 2, תרגיל : בדוגמא 2 חשב נומרית את הסתברויות המעבר ל זמנים כאשר

t = t רמז: ניתן להציב בנוסחאות זמן כל אבל מספיק גם לחשב רק עבור ואז להשתמש ב P( k) = P() k t הסתברויות גבוליות: כמו בזמן בדיד, כאשר מקבלים הסתברויות גבוליות: lim P( X ( t) = j X (0) = i) = i t יהי משפט: X(t) תהליך מרקוב בזמן רציף שהוא אי פריק עם מצבים מתמידים חיוביים (בכל תהליך אי פריק עם מרחב מצבים סופי כל המצבים הם מתמידים חיוביים) אז קיימות הסתברויות גבוליות, שהן גם הסתברויות סטציונריות ושהן גם זמני השהיה הממוצעים לטווח זמן ארוך, ליחידת זמן, בכל המצבים, והם Q = 0, i פותרים את משואות שיווי המשקל לזמן רציף: = Q = המשך דוגמא 2: הגנרטור היה: משואות שיווי המשקל הן: [ ] =, 2 = + + [ ] 2 2 = [ 0 0 ], = או:, = 2 = 0, + 2 + תרגיל 2: עבור המודל סדנת מכונות עם והפתרון הוא: = 003 N = 3, M = 2, = 00, חשב את ההסתברויות הגבוליות חשב את הגדלים הבאים: מה הוא המספר הממוצע של מכונות שפועלות במצב סטציונרי (זהו גם הממוצע לזמן ארוך) מה המספר הממוצע של מפעילים שעסוקים בתיקונים X ( t) הפיכות בזמן :reversibility הגדרה: תהליך סטציונרי: הוא תהליך סטציונרי הוא נראה אותו דבר כאשר מזיזים את הזמן: X ( s + t), X ( s + t2),, X ( s + t m ) מתפלג כמו X ( t), X ( t2),, X ( t m ) הפיכות בזמן: t) X ( אותו אחורה): משפט עזר הוא תהליך הפיך בזמן הוא נראה אותו דבר כאשר הופכים את כיוון הזמן (מריצים X ( s t), X ( s t2),, X ( s t m ) מתפלג כמו X ( t), X ( t2),, X ( t m ) תהליך הוא הפיך בזמן אז הוא בודאי סטציונרי לכל: בתהליך שהוא הפיך בזמן קיים שיווי משקל במעברים בין כל זוג מצבים: אנו רואים את התהליך עובר מ i ל j אותו מספר פעמים שרואים אותו עובר חזרה מ j ל : i תנאי הכרחי ומספיק לכך שתהליך סטציונרי יהיה הפיך (הפיך בזמן) הוא קיום משואות שיווי משקל מפורטות: iri, j = jrj, i i, j S 2

תהליכי לידה ומוות: תהליך מרקוב CTMC או DTMC שמרחב המצבים שלו הוא,0,,2} = S ושכל המעברים ממצב למצב הם או תוספת של (לידה) או החסרה של,, +, } (מוות) נקרא תהליך לידה ומוות + הקצב שבו עוברים מ ל קצב הלידה במצב הוא הקצב שבו עוברים מ ל קצב המוות במצב הוא משפט: הוכחה: תהליכי לידה ומוות ארגודיים הם הפיכים, נסתכל במהלך של התהליך בין שני ביקורים במצב יותר, כלומר מספר המעברים מ זהה למספר המעברים מ אז על כל עליה יש ירידה מתאימה מאוחר K i ל i + 0 00 = = 0 i + 0 = 2 2 2 = = 0 2 2 0 = = = = 0 2 i ל לכן דוגמאות לתהליכי לידה ומוות דוגמא : תרגיל : 3 מרכזית טלפון: כולם תפוסים השיחה הולכת לאיבוד שיחות מגיעות בתהליך פואסון בקצב אחרת השיחה תופסת קו ומחזיקה בו למשך זמן במרכזיה יש קוים תאר exp( ) את המערכת כתהליך לידה ומוות צייר דיאגרמת מצבים וקצבי מעבר להסתברויות הסטציונריות רשום את הגנרטור מצא נוסחא חשב את ההסתברויות הסטציונריות ואת אחוז השיחות שהולכות לאיבוד כאשר = 5, = 4, K = 5 X ( t) דוגמא 2: לידה ומוות באוכלוסיה - (קצב ( או ללדת פריט נוסף (קצב ) לכן: סופר את מספר הפריטים באוכלוסיה כל פריט יכול למות r, + = = r, = = 3

זה מתאר אוכלוסיה של בקטריות שכל אחת יכולה להתפלג או למות הלידה וקצב המוות מוכפלים ב כאשר יש בתהליך זה יש מספר בן מניה אינסופי של מצבים פריטים באוכלוסיה קצב המצב 0 הוא סופג, כל שאר המצבים מתקשרים ומסתבר שכולם חולפים זמן סופי נגיע למצב והאוכלוסיה נכחדת עבור יש כאן שני מקרים: עבור בסיכוי לאחר > התהליך נוטה לנדוד (drift) כלפי מעלה, אבל יש כל הזמן גם קפיצות אקראיות חזרה למטה לכן יש הסתברות מסלול של התהליך, או שהוא נכחד, או שהאוכלוסיה חיובית להכחדה בכל מקרה, עבור כל כלומר אחרי מספר סופי של צעדים כבר לעולם α = P( exticito X (0) = ) 0 לא חוזרים מתחת ל נחשב את הסיכוי להכחדה: מאחר והוא תלוי במצב ההתחלתי נסמן אותו ), θ = P( X ( t) =, for some t =,2, X (0) = שהוא גודל שאינו תלוי במצב θ = > 2 θ = + θ + + ( ) נגדיר גם ההתחלתי נחשב קודם את θ 2 + + = ( )( ) = 0 θ θ θ θ θ = or θ = θ = הפתרון כאן הוא: פעם למצב נמוך יותר בפרט: אז ובטוח שחוזרים אז בסיכוי חוזרים אי α 0 =, α =, = + + + + α α α α ( α α+ ) = ( α α) + + = θ = α = α α+, α = α = α0 = i α = α0 α0 α α = = i= 0 4

( M/M/ ) הסיכוי להכחדה הולך ופוחת ככל שמתחילים גבוה יותר, וערכו α = דוגמא 3: תהליך לידה ומוות עם קצבים קבועים תור חסר זכרון עם שרת יחיד צרכנים מגיעים לשרת יחיד מופעים פואסוניים, שרות אכספוננציאלי לפי הנוסחא הכללית, 0 = 0 = 0 = 0 2 = 0 = = 0 = 0 לכן: הטור מתכנס, כל המצבים מתמידים חיוביים אחרת כל המצבים הם או חולפים או מתמידים אפס במקרה זה: ρ = < התהליך ארגודי עם התפלגות סטציונרית = ( ρ) ρ ρ = = ρ = > כל המצבים הם מתמידים אפס כל המצבים חולפים, והתור הולך וגדל עם הזמן דוגמא 4: תרגיל 4: לידה ומוות עם הגירה: למודל הלידה והמוות של דוגמא 2 נוסף גם תהליך פואסון בקצב ν את התהליך של פריטים שמהגרים אל האוכלוסיה במקרה זה כל המצבים מתקשרים והתהליך אי פריק תאר מצא תנאי לארגודיות ואת ההתפלגות הסטציונריות דוגמא 5: תרגיל 5: חזור למודל אהרנפסט עם חלקיקים N הפוך אותו לתהליך בזמן רציף על ידי הנחה שזמן השהיה של כל חלקיק בכל אחד משני התאים הוא אכספוננציאלי עם קצב תאר זאת כתהליך לידה ומוות צייר את דיאגרמת המצבים וקצבי המעבר, וחשב את ההתפלגות הסטציונרית חזור על כך כאשר בתא אחד הקצב של זמן השהיה של כל חלקיק הוא ובשני הוא 5

סיכום התרגילים: = 2, = 4, 3, 2, תרגיל : בדוגמא 2 חשב נומרית את הסתברויות המעבר ל זמנים כאשר t = t רמז: ניתן להציב בנוסחאות כל זמן אבל מספיק גם לחשב רק עבור ואז להשתמש ב P( k) = P() k תרגיל 2: עבור המודל סדנת מכונות עם N = 3, M = 2, = 00, = 003 חשב את ההסתברויות הגבוליות חשב את הגדלים הבאים: מה הוא המספר הממוצע של מכונות שפועלות במצב סטציונרי (זהו גם הממוצע לזמן ארוך) תרגיל : 3 מרכזית טלפון: תפוסים השיחה הולכת לאיבוד מה המספר הממוצע של מפעילים שעסוקים בתיקונים שיחות מגיעות בתהליך פואסון בקצב במרכזיה יש אחרת השיחה תופסת קו ומחזיקה בו למשך זמן המערכת כתהליך לידה ומוות צייר דיאגרמת מצבים וקצבי מעבר להסתברויות הסטציונריות K exp( ) רשום את הגנרטור קוים = 5, = 4, K = 5 כולם תאר את מצא נוסחא חשב את ההסתברויות הסטציונריות ואת אחוז השיחות שהולכות לאיבוד כאשר תרגיל 4: לידה ומוות עם הגירה: למודל הלידה והמוות של דוגמא 2 נוסף גם תהליך פואסון בקצב ν של פריטים שמהגרים אל האוכלוסיה במקרה זה כל המצבים מתקשרים והתהליך אי פריק תאר את התהליך מצא תנאי לארגודיות ואת ההתפלגות הסטציונריות תרגיל 5: חזור למודל אהרנפסט עם חלקיקים N הפוך אותו לתהליך בזמן רציף על ידי הנחה שזמן השהיה של כל חלקיק בכל אחד משני התאים הוא אכספוננציאלי עם קצב תאר זאת כתהליך לידה ומוות צייר את דיאגרמת המצבים וקצבי המעבר, וחשב את ההתפלגות הסטציונרית חזור על כך כאשר בתא אחד הקצב של זמן השהיה של כל חלקיק הוא ובשני הוא מקורות פרק 6 בספר של קולקרני על CTMC פרק בספר של Kelly מסכם נהדר את הנושא של הפיכות בזמן בתהליכי מרקוב, מודל אהרנפסט, ותהליכי לידה ומוות מומלץ!! דפים מהפרק הראשון נמצאים באתר הספריה עבור הקורס את הספר של http://statslabcamacuk/~frak/books/kelly_bookhtml אפשר להוריד בשלמותו מ Kelly 6