
【计】 markov process
equine; gee; horse; horseflesh; neddy; steed
【医】 hippo-
like so; you
approve; but; can; may; need; yet
goodman; husband; sister-in-law
course; procedure; process
【计】 PROC
【化】 process
【医】 course; process
【经】 process
马尔可夫过程(Markov Process),又称马尔可夫链(Markov Chain),是一种重要的随机过程,其核心特性是无记忆性(Memorylessness),即系统的未来状态仅依赖于当前状态,而与过去的历史状态无关。这一特性在数学上称为马尔可夫性质(Markov Property)。
在离散时间或连续时间中,一个随机过程 ${X(t), t in T}$ 被称为马尔可夫过程,若对任意时刻 $t_0 < t_1 < cdots < tn < t{n+1}$ 及任意状态 $x_0, x_1, ldots, xn, x{n+1}$,满足以下条件: $$ P(X(t{n+1}) = x{n+1} mid X(t_n) = xn, X(t{n-1}) = x_{n-1}, ldots, X(t_0) = x0) = P(X(t{n+1}) = x_{n+1} mid X(t_n) = x_n) $$ 该公式表明:未来状态的条件概率仅取决于当前状态。
状态空间(State Space)
系统可能处于的状态集合,可分为离散型(如有限状态机)或连续型(如布朗运动)。
时间参数集
转移概率
齐次性(Homogeneity)
若转移概率/速率不随时间变化,则称为齐次马尔可夫过程。其转移概率满足: $$ P{ij}(t) = P(X{s+t} = j mid X_s = i) quad (forall s,t) $$
马尔可夫过程在以下领域具有广泛应用: |领域 |典型应用场景 | |------------------|-------------------------------------| |自然语言处理 | 文本生成、语音识别(隐马尔可夫模型) | |金融工程 | 股价建模、信用风险评估| |排队论 | 服务系统优化、网络流量控制| |生物信息学 | DNA序列分析、蛋白质结构预测 | |强化学习 | 马尔可夫决策过程(MDP) |
数学定义与性质
应用实例
计算实现
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马尔可夫过程(Markov Process)是概率论和随机过程中的核心概念,描述一类具有“无记忆性”的随机系统。其核心特征是:未来状态仅依赖于当前状态,与过去状态无关。以下是详细解释:
数学表述:若随机过程 ${X(t), t in T}$ 满足对任意时刻 $t_1 < t_2 < dots < tn < t{n+1}$,有
$$P(X(t{n+1}) = x{n+1} mid X(t_1)=x_1, X(t_2)=x_2, dots, X(t_n)=xn) = P(X(t{n+1})=x_{n+1} mid X(t_n)=x_n)$$
则该过程称为马尔可夫过程。
通俗理解:系统在某一时刻的状态确定后,后续演化仅由当前状态决定,与如何到达当前状态无关。
按时间与状态空间:
特殊类型:
假设天气只有“晴”和“雨”两种状态,若今日晴,则明日有70%概率晴、30%概率雨;若今日雨,则明日有50%概率晴、50%概率雨。此系统可表示为离散时间马尔可夫链,其状态转移矩阵为:
$$
P = begin{bmatrix}
0.7 & 0.3
0.5 & 0.5
end{bmatrix}
$$
马尔可夫过程通过简化状态依赖关系,成为建模动态系统的强大工具。其核心思想“未来只与现在有关”在现实世界中虽为理想化假设,但在许多场景(如简单物理系统、短期预测)中具有实用价值。
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