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随机过程与马尔可夫链习题答案

分析:
天气情况用随机变量X表示,“0”表示下雨,“1”表示不下雨;心情好坏用Y表示,“0”表示心情好用“0”表示,心情不好用“1”表示;是否上课用随机变量Z表示,“0”表示上课,“1”表示不上课。由题意可知
已知 ,





即题目实际上给出了八个个条件概率和四个概率
由于X,Y相互独立,则有
=
注意:全概率公式的应用
试将的均值函数和自相关函数用随机过程 的一维和二位分布函数表示出来
分析:由题知,是随机过程, 的取值由 决定,所以 也是随机过程。
由题中不知道随机过程 是连续还是离散,但 一定是离散随机过程,它的样本空间是 。概率分布可以表示成如下形式
0
1
因为 等于1的概率等于 小于等于 的概率( ),
等于0的概率等于 大于 的概率( )。
P353 T9 是互不相关的随机过程。 ,其中 是普通函数。求 的均值函数和自相关函数。
分析:1
因为数学期望运算只对随机变量和随机过程起作用,对普通函数、普通变量和常量不起作用。(为什么?)。所以
分析2
因为 相互独立,则其在任何时刻对应的随机变量之间也相互独立,即
。则有
所以
二、ห้องสมุดไป่ตู้尔科夫链
P374 T5、设马氏链 的状态空间为 ,初始分布为 ,转移概率矩阵为
信息论与编码课程习题1——预备知识概率论与马尔可夫链
1、某同学下周一上午是否上课,取决于当天情绪及天气情况,且当天是否下雨与心情好坏没有关系。若下雨且心情好,则50%的可能会上课;若不下雨且心情好,则有10%的可能性不上课;若不下雨且心情不好则有40%的可能性上课;若下雨且心情不好,则有90%的可能不会上课。假设当天下雨的概率为30%,该同学当天心情好的概率为20%,试计算该同学周一上课的可能性是多大?
(1)计算
(2)证明
(3)计算
(4)计算
(1)分析:
由于马氏链的遗忘特性 。所以
由于只给出了一步转移概率矩阵,则应将马氏链改为齐次马氏链为宜。
(2)分析:
(3)分析:
随机过程在0时刻处于状态1的条件下,2时刻转移到2状态的概率。即二步转移概率矩阵的第1行第2列。
所以
4)分析
P375 T10设齐次马氏链的一步转移概率矩阵为 , 。试证明此链具有遍历性,并求其平稳分布
分析:
1)因为
即存在m=2使得m步转移概率中每一项都大于0,因此该马氏链具有遍历性。
2)设平稳分布为 则有

计算可得 ,表达形式不唯一。
奖励加分题:
1、证明若齐次马氏链具有遍历性,则齐n步转移概率矩阵(n趋近于无穷大)每一列中的元素都相同。
2、当具有遍历性的齐次马氏链处于平稳状态时,经过一次转移后仍处于平稳状态。
Z1
6
7
9
10
P
0.2
0.3
0.1
0.4
3)
4)
and so on.
3、已知随机变量 的概率密度函数为 ,其中 , 为 的函数,求:
1)随机变量X小于或等于5的概率
2)随机变量Y的概率密度函数
3)随机变量Y大于10的概率
4)随机变量Y的数学期望
分析
1)
2)假设用 分别表示随机变量X的分布函数、随机变量Y的概率密度函数和分布函数,则有:
X Y
5
6
1
0.2
0.3
2
0.1
0.4
2、已知随机变量X和Y的联合分布律如又表所示,
且 , ,求:
1) 的分布律与数学期望
2) 的分布律与数学期望
3) 大于10的概率
4)由上面的例子,你是否能得到离散随机变量函数的数学期望的一般表达式?包括一元和多元随机变量函数。
分析:
1)
2)
说明:主要考虑联合分布律与随机变量函数分布律的关系

3)
4)
4、已知随机变量 和 的联合概率密度函数为
, 。
1)求随机变量Z的数学期望
2)求随机变量Z的概率密度函数
3)结合习题3,总结连续随机变量的函数的数学期望的一般表达式,包括包括一元和多元随机变量函数。
分析:
1)
2)
=
3)
and so on.
P352 T2给定随机过程 , 是任意实数,定义另一随机过程
因此有 。
同理,由题知
所以得到
1
0
P{其他}
P352 T3设随机过程 , ,其中 是在区间 服从均匀分布的随机变量。试求 的均值函数和自相关函数。
分析: 是随机变量, 是普通变量,所以 是随机过程。由题知 的概率密度函数为
因为随机过程 可以看作是随机变量 的函数,因此有
注意 才是随机变量,不是我们习惯的 。注意理解其本质意义,否则换个符号表示就会难倒你。
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