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pf: 泊松点过程的基础。
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heroxbd committed Jul 28, 2024
1 parent 85e267f commit 82a7822
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Expand Up @@ -12360,12 +12360,102 @@ https://git.tsinghua.edu.cn/physics-data/projects/tpl_junoprobe
- somewhat misleading
- 从一个没有 likelihood 的模型中,提炼出 likelihood。
** 泊松点过程
*** 案例特点
*** 随机过程概念
#+attr_beamer: :overlay <+->
- 随机过程的研究对象是 *随时间演变的随机现象* 。
- 不能用随机变量或多维随机变量来合理表达,而需要用一族无限多个随机变量来描述。
#+latex: \begin{itembox}[l]{定义}
随机过程是一族随机变量 \(\{X(t):t \in T\}\), 其中\(t\)是 *参数* ,\(T\)称为 *参数集* .
#+latex: \end{itembox}

#+attr_beamer: :overlay <+->
- 一般地, \(t\) 表示时间。对于每一个\( t \in T\) ,\(X(t)\) 是一个随机变量,称\(X(t)\) 为时刻 \(t\) 时 *过程的状态* 。
- \(X(t)\)所有可能取值的全体称为随机过程的 *状态空间* 。

*** 样本函数
#+latex: \begin{itembox}[l]{定义}
对随机过程 \(\{X(t):t \in T\}\) 进行一次试验(即在 \(T\) 上进行一次全程观测),其结果是 \(t\) 的函数,记为 \(\{ x(t):t \in T\}\),称为随机过程的一个 *样本函数* 。
#+latex: \end{itembox}
#+beamer: \pause
随机过程观测获得样本函数,如同总体观测获得个体样本
**** 符号化
把随机过程 \(\{X(t),t \in T\}\) 写成
\[\{X( \omega ,t): \omega \in \Omega ,t \in T\}\]
的形式,其中\( \omega , \Omega \)分别是随机试验的 *样本点* 和 *样本空间* 。
#+beamer: \pause
- 固定一个时间 \(t_0\),随机过程对应于一个随机变量 \(X(t_0)\)。
#+beamer: \pause
- 固定 \( \omega _0 \in \Omega \) 让 \(t\) 在 \(T\) 中变化, \(X( \omega _0,t)\)是定义 在 \(T\) 上的一个实函数,称之为对应于 \( \omega _0\) 的一个 *样本函数* 或者 *样本轨道* 。

*** 图示
#+Attr_LaTeX: :height 4cm
[[./fig/stochastic-process.pdf]]
\[ X( \omega ,t) \equiv \Omega \ni \omega \to X(t) \]
#+beamer: \pause
随机过程\(\{X( \omega ,t): \omega \in \Omega ,t \in T\}\)四种不同情况下的意义:
| \(X( \omega ,t)\) | \(t\) 固定 | \(t\) 可变 |
|---------------+----------+------------|
| \(\omega\) 固定 | 确定值 | 样本函数 |
| \(\omega\) 可变 | 随机变量 | *随机过程* |

*** 分布函数族
#+latex: \begin{itembox}[l]{定义}
设随机过程 \(\{X(t):t \in T\}\),对每一个固定的 \(t \in T\),
\[F_X (x,t)=P(X(t) \leq x), x \in \mathbb{R} \]
称为随机过程\(\{X(t):t \in T\}\)的一维分布函数,\(\{F_X(x,t):t \in T\}\)称为 *一维分布函数族* 。
#+latex: \end{itembox}

*** 随机过程的数字特征
给定随机过程\(\{ X_\omega(t), \omega \in \Omega, t \in T\}\):

#+attr_beamer: :overlay <+->
- *均值函数* :: \( \mu _X (t)=\E_\omega[X_\omega(t)]\)
- *均方值函数* :: \( \Psi _X^2(t)= \E_\omega[X_\omega^2 (t)]\)
- *方差函数* :: \( \sigma _X^2(t)=\Var_X (t)=\E_\omega[X_\omega(t)− \mu _X (t)]^2\)
- *标准差函数* :: \( \sigma _X(t)= \sqrt {\Var_X (t)}\)
- *相关函数* :: \(R_X(s,t)=\E_\omega[X_\omega(s)X_\omega(t)] \)
\[ R_X(t,t) = \Psi^2_X(t) \]
- *协方差函数* :: \( C_X(s,t)=\Cov[X(s),X(t)] \)
#+begin_export latex
\begin{equation*}
\begin{aligned}
C_X(s, t) = & \E([X(s)− \mu _X(s)][X(t)− \mu _X(t)]) \\
= & R_X (s,t)− \mu _X (s) \mu _X (t) \\
\implies & \sigma _X^2 (t)=C_X (t,t)=R_X (t,t)− \mu _X^2 (t)
\end{aligned}
\end{equation*}

#+end_export

*** 例:独立增量过程
#+latex: \begin{itembox}[l]{阿荼扫过的人数}
设\(X(t)\)为截至\(t\)时刻,阿荼通过自动测温仪的累计总人数。
#+latex: \end{itembox}
#+beamer: \pause
- 增量\(X(t_2 )−X(t_1 )\)表示在时间区间\((t_1,t_2]\)测量体温的人数。
- 不相交的时间区间的增量是相互独立的。

#+Attr_LaTeX: :height 4cm
[[./fig/independent-increment.pdf]]

*** 独立增量过程:定义
#+latex: \begin{itembox}[l]{独立增量过程}
设\(\{X(t),t \in T\}\)是一随机过程,若\( \forall t_1< \cdots <t_n (n \geq 2,t_i \in T)\) 诸增量
\[ X(t_2 )−X(t_1 ), X(t_3 )−X(t_2 ), \cdots , X(t_n)−X(t_{n−1} ) \]
相互独立,则称\(\{ X(t),t \in T\}\)是一个 *独立增量过程* 。
#+latex: \end{itembox}
#+beamer: \pause
**** 性质
若 \(\{X(t):t \in T\}\) 是独立增量过程,且\(X(0)=0\),则:
1. \(X(t)\) 的有限维分布函数族可以由增量\(X(t)−X(s)(0 \leq s \leq t)\) 的分布所确定
2. 设 \(\Var_X (t)\) 已知,则 \(C_X(s,t)=\Var_X[\min(s,t)]\)

*** 泊松过程案例特点
- 随机点过程 :: 如“来到银行要求服务的顾客流”,“在一段时间内机器故障产生的故障流”等等。
#+beamer: \pause
- 计数过程 :: \(N(t)\)表示在\([0,t]\)内随机点(事件)发生的数目,\(N(t)\)即为一计数过程。
如,阿荼测体温的例子中,\(X(t)\)表示截至\(t\)时刻累计测体温的人数。
*** 定义
*** 泊松过程定义
#+latex: \begin{itembox}[l]{泊松过程}
计数过程 \(\{N(t),t \geq 0\}\)称为强度 \lambda ( \lambda >0)的 *时齐泊松过程* (homogeneous Poisson process),若满足:

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