随机过程 I · 平稳分布实验

解方程,再看分布怎样走

先从状态 0 出发,走一步看看。蓝色分布会移动;绿色平稳解由方程独立算出。它们是否靠近,要检查链的结构,不能只看一步前后的变化小不小。

0.01 ≤ p ≤ 0.99;改变 P 的内部两行。
Pₛ=sI+(1−s)P,作用于所有行。
只改变起点,不改变转移规则。
观察 μ₀,…,μₙ,共 N=n+1 项。

不变分布来自方程

νP = ν,Σνᵢ = 1,νᵢ ≥ 0

逐步迭代与累计平均

μₙ = μ₀Pⁿ
aN = (μ₀+⋯+μₙ)/(n+1),N=n+1
时刻分布 μₙ分布平均 aN独立平稳解 π

橙色是分布的平均,不是一次随机运行的样本频率。n=0 时平均只有 μ₀ 这一项。

时刻残差 ‖μₙP−μₙ‖₁
到唯一 π 的距离 ‖μₙ−π‖₁
平均残差 ‖aNP−aN‖₁
平均到 π 的距离 ‖aN−π‖₁

误差会沿着怎样的路线变化

‖μₖ−π‖₁,实线‖ak+1−π‖₁,虚线

先作一个判断:一步残差很小,能据此认定已经接近平稳分布吗?
复算方式与边界约定

四状态链在边界 0 必到 1,3 必到 2。令 q=1−p,逐边详细平衡给出的权重是 (q²,q,p,p²);将这四个权重除以它们的和,便独立得到平稳解。这里的归一化用于构造方程解,没有修改用户输入。s<1 时,惰性因子可从平衡关系中约去。

迭代逐次执行行向量乘矩阵,不把最后一轮迭代冒充平稳解。s=1 时每个状态都是闭类,全部概率向量都平稳;此时没有唯一 π,距离曲线和“到唯一 π 的误差”都不定义。慢链固定 ε=10⁻⁶,仅起点与步数可调。