随机散步(2009)

2021-05-13 13:45:23

一个醉酒的男人会找到回家的路,但是一只醉酒的鸟可能永远迷失。

我们在本节中的目标是证明上述声明。如果您的概率生锈(或不存在)此评论可能很有用。我们首先描述数学上的醉汉的行为。概念上,随机步行是它听起来的那样。我们的醉汉开始于A"家庭"顶点,0,然后在随机的邻近顶点上选择走向下一个顶点。我们让x(n)表示在时间n的步行者位置。当x(n)= x(0)时,醉汉返回主页。经常我们可以准确计算沃克在n个步骤中返回家庭的概率,并且我们表示这种返回的概率作为q(n)。由于我们的步行者被允许回溯他们的步骤,我们总是有那个Q(2n)> 0,所以这个概率可以' t是Kakutani教授所指的。在我们继续有另一个重要事实之前提到。如果助行器或鸟正在在有限的图形上移动,那么就没有人才能迷失;根本没有足够的地方去。

尝试提出一个图形的图形,其中所有自然数为q(2n + 1)= 0 n。同样提出Q(2n + 1)&gt的图表。 0对于所有足够大的自然数。这些属性取决于沃克的起始顶点吗?

这里的关键是鸟可能永远迷路,那是鸟只能回家一些有限的次数。在最后回归后,鸟儿然后熄灭永远不会再返回。我们希望掌握这种情况的概率。为简单的符号,我们将假设这只鸟永远不会回家。唐'这是困扰的;自从鸟类'过去的步骤' t影响了他未来的步骤,超越了他目前的位置,我们可以想象他在最后一班航班之前返回家里(偶数0)。出于更多技术比我们想要进入的原因,无数次始终发生或从未发生过。这意味着,如果你能够在有限的时间内跑整个散步,每次你都会在实验中,你会在这种行为方面得到相同的结果。如果助行器总是回归,我们说他是经常性的,否则他是短暂的。幸运的是检查复发的直接标准:如果是这种情况,助行器是复发的。否则助行器是瞬态的。您应该将这款项视为沃克回家的预期次数。出于我们的目的,我们将显示Q(2n)大约是n -r,但是一些正面r。如果R> 1总和是有限的,因此助行器是瞬态的;否则它是无限的,沃克是反复发作的。

继续在充满普遍的讨论会变得凌乱,所以从现在开始我们' ll谈论具体图表。我们' LL从我们的醉汉开始,在一个非常大的(无限),但无聊的城镇:这只是整数的一维数线,z.家里是0.在每一步,我们的步行者将翻转一枚公平的硬币。在头上,他向右移动到左边。为了形式化这一点,我们谈到过渡概率,步行者的P(U,V),在一步中从V转到u。如果我们想谈谈N步骤的过渡概率,我们就会写入p n(v)。注意Q(n)= p n(0,0)。

记下上面步行的一步转换概率。为了避免制作一个非常长的列表,您可能希望考虑P(i,j),其中我和j是任意整数。

在组合方面尝试在z上找到Q(2n)的通用公式。它可能有助于考虑其中的长度为2n的可能路径,并且在什么条件下,在最后一步中的路径返回到原点。完成此操作后,使用斯特林'近似值以获得Q(2n)的估计。

将最后一项活动的结果插入我们的复发测试中,我们可以看到在z下醉汉将无数次返回家。

现在我们搬到了一个较大的城市z 2:沃克将从起源开始,我们将通过整数坐标标记顶点。在每个步骤,步行者将以1/4的概率向上,向下,向左或向右移动。对于助行器和#39; S路径看起来的味道以下是50,500,5000和50000步的样本步行。请注意,助行器如何与家庭过得远远。在这种情况下,上面使用的参数在这种情况下工作,尽管查找q(2n)涉及更多工作。但是,有一种聪明的方法来避免这种情况。我们想象一下一维的步行者,除了其中一个在方向(1,1)和(-1,-1)中移动,在方向(1,-1)和(-1,1)中移动。让y(n)和z(n)表示它们的位置。其位置Y(n)+ z(n)的总和定义了与本图中的虚线对应的z 2上的另一个步道:

检查x(n)具有相同的过渡概率,因为步行由(y(n)+ z(n))/ 2确定。这意味着我们已经将我们的步行分解为Z 2的步行到我们已经理解的Z次数的两份。

由于这两个新的步行者在Z上彼此独立移动我们:将其插入到复发的测试中,表明Z 2的步行也是复发性的。

现在我们可以转向我们醉酒的鸟。我们现在移动到三维图形z 3.此图中的顶点对应于整数的三倍。同样,鸟有6个可能的方向,每个方向移动,每个方向具有概率1/6。我们称之为这些指示N,E,S,W,U和D.我们现在需要进行鸟类可以采取的路径数量的一些会计。为了让鸟以2N步骤返回,这些步骤中的n最多位于UP,N或E方向。有c(2n,n)方法可以做到这一点。在这些步骤中,我必须上升,j必须走n,并且n-i-j必须走到E.有C(n,i)c(n-i,j)方法来执行此操作。为什么有c(n,i)c(n-i,j)方法来做这件事?它可能有助于将n个相同的球置于标记为U,n和E-I-j的3个URNS中。

由于我和j可以改变他们的总和最多的点数,我们拥有返回家庭的2n步的可能路径的数量是:如果广场令您困惑,请记住我们也需要挑选它的位置,W和D也跌倒。我们的巨大难度是总和,但功能f(x,y,z)= x!y!z!在约束x y + z = n下,当x,y和z接近相等时最大化(随意使用计算机/计算器检查此)。这让我们摆脱了广场。此外,我们的6步方向长度为2N的6个2N总配置,并结合了这些事实给出:现在我们使用一个小组组合技巧。其余的总和实际上只是计算将n个相同球变成3个不同桶的方法数量。另一种统计方法是注意到每个球有3个选项,即它可以去哪里,所以有3个可能的方法来做到这一点。现在我们只是使用这个并应用斯特林'近似值(详细省略以备用读者),以得到:其中C是一些没有影响重复影响的正数。现在应用我们的复发测试我们看到这只鸟是短暂的,所以它最终会永远离开家。类似的参数可用于表明步行者在所有更高尺寸中是瞬态的。