Главная страница
Навигация по странице:

  • СЛУЧАЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ

  • ТЕОРИЯ СЛУЧАЙНЫХ. Конспект подготовлен студентами, не проходил проф. Редактуру и может содержать ошибки. Следите за обновлениями на vk. Comteachinmsu


    Скачать 1.05 Mb.
    НазваниеКонспект подготовлен студентами, не проходил проф. Редактуру и может содержать ошибки. Следите за обновлениями на vk. Comteachinmsu
    Дата01.02.2023
    Размер1.05 Mb.
    Формат файлаpdf
    Имя файлаТЕОРИЯ СЛУЧАЙНЫХ.pdf
    ТипКонспект
    #915628
    страница4 из 6
    1   2   3   4   5   6

    СЛУЧАЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ ​•
    СОКОЛОВ ДМИТРИЙ ДМИТРИЕВИЧ
    КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
    ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
    СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
    уравнение Колмогорова - для производных по s, т.е. эти уравнения будут уравне- ниями 1 порядка относительно этих производных.
    Сама теорема звучит так: если переходные плотности принадлежат классу C
    1
    , то справедливы два уравнения, одно из которых выражает
    ∂p ij
    ∂t
    , а другое выражает
    ∂p ij
    ∂s
    Мы хотим выразить
    ∂p ij
    ∂t
    :
    ∂p ij
    ∂t
    = lim
    47→0
    p ij
    (s,t+4)−p ij
    (s,t)
    4
    Мы находимся в ситуации, когда у нас есть три момента времени s, t, t + 4, к которым мы должны применить марковское свойство:
    lim
    47→0
    p ij
    (s,t+4)−p ij
    (s,t)
    4
    = lim
    47→0
    P
    N
    k=1
    p ik
    (s,t)p kj
    (t,t+4)−p ij
    (s,t)
    4
    Здесь у нас присутствует переходная плостность за малое время 4. Мы долж- ны воспользоваться дифференцируемостью наших переходных плотностей, кото- рая значит, что мы за малый промежуток времени не можем с большой условной вероятностью перейти от одного состояния к другому:
    p kj
    (t, t+4)
    ведет себя по-разному при 4 7→ 0. Поэтому при вычислении этой суммы мы разобьем ее на две:
    lim
    47→0
    p ij
    (s,t+4)−p ij
    (s,t)
    4
    = lim
    47→0
    P
    N
    k=1
    p ik
    (s,t)p kj
    (t,t+4)−p ij
    (s,t)
    4
    =
    = lim
    47→0
    [
    P
    k6=i p
    ik
    (s,t)p kj
    (t,t+4)
    4
    +
    P
    k6=i p
    ij
    (s,t)[p kj
    (t,t+4)−p ij
    (s,t)]
    4
    ] =
    =
    P
    k6=j p
    ik
    (s, t)
    ∂p kj
    ∂t
    |
    t=1
    + p ij
    (s, t)
    ∂p ij
    ∂t
    |
    t=1
    У нас получилось уравнение, в котором производные матрицы ˆπ по времени вы- ражаются через элементы самой матрицы и некоторые производные, которые об- разуют матрицу A
    kj и тогда можем записать:
    ∂p ij
    (s,t)
    ∂t
    =
    P
    N
    k=1
    p ik
    A
    kj
    (t)
    Соотношение, которое мы получили, называется прямым уравнением Колмогорова.
    Для однородных цепей Маркова с конечным числом состояний и с дискретным временем условие однородности состоит в том, что матрица ˆπ всегда одинакова. В
    данном же случае мы должны сказать, что наша матрица A
    ij зависит только от t и для однородной цепи Маркова она будет постоянной.
    28
    МЕХАНИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ
    ФАКУЛЬТЕТ
    МГУ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА

    СЛУЧАЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ ​•
    СОКОЛОВ ДМИТРИЙ ДМИТРИЕВИЧ
    КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
    ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
    СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
    Теперь приступим к выводу обратного уравнения Колмогорова:
    ∂p ij
    (s,t)
    ∂s
    = lim
    47→0
    p ij
    (s,t+4)−p ij
    (s,t)
    4
    У нас снова есть три момента времени s, s + 4, t. В данном случае мы будем пере- ходить сначала от s к t, а потом от t к s + 4:
    lim
    47→0
    p ij
    (s,t+4)−p ij
    (s,t)
    4
    = lim
    47→0
    p ij
    (s,t+4)−
    P
    N
    k=1
    (p ik
    (s,s+4)p kj
    (s+4,t))
    4
    По аналогии с прямым уравнением Колмогорова, получаем:
    ∂p ij
    (s,t)
    ∂s
    = −
    P
    N
    k=1
    A
    ik
    (t)p kj
    (s, t)
    Эти два уравнения позволяют восстановить матрицу ˆπ по известной матрице A.
    Если матрица A постоянна, т.е. наша марковская цепь однородна, то решение урав- нения Колмогорова достаточно понятное. При решении мы должны сказать, что если t 7→ s, то матрица ˆπ 7→ E, т.е. p ij
    (s, t) 7→ δ
    ij
    . Соответственно, смысл матрицы
    A
    состоит в том, что она показывает, какова матрица перехода за бесконечно малое время.
    Элементы матрицы A удовлетворяют следующим требованиям:
    • P
    N
    k=1
    A
    ik
    = 0
    • A
    ii
    ≤ 0
    • A
    ij
    ≥ 0
    В случае однородной цепи Маркова матрица A = const и можно выписать матри- цу ˆπ(s, t) = e
    A(t−s)
    . Точно также выглядит матрица Коши для систем уравнений с постоянными коэффициентами.
    Напишем теперь аналогичную формулу для переменной матрицы A.
    В качестве примере рассмотрим уравнение y
    0
    =ay
    . Если a = const, то его решение y = y
    0
    e at
    , где y
    0
    = 1
    - начальное условие.
    Если же a - переменная, то y = y
    0
    e
    R
    t s
    a(t
    0
    )dt
    0
    Вернемся теперь к нашему изначальному вопросу. Если мы запишем формулу для переменных матриц по аналогии, то это будет неверно:
    ˆ
    π(s, t) = e
    ˆ
    A(t−s)
    29
    МЕХАНИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ
    ФАКУЛЬТЕТ
    МГУ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА

    СЛУЧАЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ ​•
    СОКОЛОВ ДМИТРИЙ ДМИТРИЕВИЧ
    КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
    ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
    СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
    Эту проблему решил итальянский математик Вольтерр:
    ˆ
    π(s, t) = e
    ˆ
    A(t−s)
    = lim
    4t7→0
    (E + A4t i
    )
    n
    , где A = const, 4t i
    =
    t−s n
    В случае, когда A = A(t), получаем:
    lim
    4t7→0

    N
    i=1
    (E + A(t i
    )
    t−s n
    )] = Π
    t
    0=st
    (E+A(t
    0)dt
    0)
    - мультипликативный интеграл Воль- терра.
    30
    МЕХАНИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ
    ФАКУЛЬТЕТ
    МГУ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА

    СЛУЧАЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ ​•
    СОКОЛОВ ДМИТРИЙ ДМИТРИЕВИЧ
    КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
    ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
    СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
    Лекция 7
    Марковские цепи с непрерывным набором состояний
    Пусть у нас есть смесь, состоящая из двух веществ - 1 и 2. И между этими ве- ществами идет двусторонняя химическая реакция, т.е. мы можем с определенной вероятностью переходить из состояния 1 в состояние 2 и из состояния 2 в состояние
    1. Эта задача аналогична задаче для марковской цепи с двумя состояниями. Пусть p
    1
    (t)
    - вероятность того, что мы находимся в состоянии 1, а p
    2
    (t)
    - в состоянии 2.
    Запишем уравнения на абсолютные вероятности:
    dp
    1
    dt
    = −αp
    1
    + βp
    2
    dp
    2
    dt
    = αp
    1
    − βp
    2
    Это уравнения с постоянными коэффициентами. Запишем их решения:
    p
    1
    (t) = e
    −(α+β)t
    +
    β
    α+β
    (1 − e
    −(α+β)t
    )
    p
    2
    (t) =
    α
    α+β
    (1 − e
    −(α+β)t
    )
    В начальный момент времени p
    1
    (t) 7→
    β
    α+β
    , а p
    2
    (t) 7→
    α
    α+β
    - равновесное состоя- ние.
    Если бы нам захотелось рассматривать марковские цепи с бесконечным числом состояний, то нам пришлось бы потребовать, чтобы все конечные суммы преврати- лись в ряды, чтобы они были абсолютно сходящимися. Для доказательства эрго- дичности необходимо предусмотреть, чтобы со временем наше решение не уходило в бесконечность.
    Теперь мы сделаем новый шаг вперед и откажемся от дискретного набора состоя- ний. Вместо этого мы будем считать, что состояния фиксируются какой-то коорди- натой x.
    Когда мы решали аналогичную задачу для случайных величин, мы столкнулись с тем, что если у нас есть дискретная случайная величина ξ, принимающая значения x
    1
    , x
    2
    , . . . , x n
    , . . .
    , которые мы можем характеризовать вероятностями p
    1
    , p
    2
    , . . . , p n
    , . . .
    Но как только мы захотим, чтобы x пробегал некоторое континуальное множество,
    то мы не сможем задать наше распределение вероятностей как p
    1
    , p
    2
    , . . . , p n
    , . . .
    В таком случае нам необходимо либо задать меру на прямой, либо задать плотность вероятности.
    31
    МЕХАНИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ
    ФАКУЛЬТЕТ
    МГУ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА

    СЛУЧАЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ ​•
    СОКОЛОВ ДМИТРИЙ ДМИТРИЕВИЧ
    КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
    ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
    СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
    Мы будем рассматривать конечномерные распределения вероятности - возьмем на- бор моментов t
    1
    , t
    2
    , ...
    . Таким образом мы из бесконечномерного объекта сделаем набор конечномерных объектов. И плотность вероятности будет зависеть от этого набора моментов p n
    (t
    1
    , x
    1
    ; t
    2
    , x
    2
    ; ...; t n
    , x n
    )
    Первое соображение состоит в том, что функция p n
    (t
    1
    , x
    1
    ; t
    2
    , x
    2
    ; ...; t n
    , x n
    )
    облада- ет свойствами симметрии: при перестановке пар аргументов она не меняется.
    Если для нашего процесса выполнено марковское свойство, то эта функция вы- рождается в функции меньшего числа аргументов:
    p n
    (t
    1
    , x
    1
    ; t
    2
    , x
    2
    ; ...; t n
    , x n
    ) = p n−1
    (t
    1
    , x
    1
    ; t
    2
    , x
    2
    ; ...; t n−1
    , x n−1
    )q(t n
    , x n
    |t n−1
    , x n−1
    )
    ,
    где q(t n
    , x n
    |t n−1
    , x n−1
    )
    - переходная функция.
    Эту цепочку можно продолжать. Тогда в итоге мы получим выражение вида:
    p
    1
    (t
    1
    , x
    1
    )q(t, x|τ, y)
    Очевидно, что все многомерные функции должны быть связаны отношениями со- гласования.
    R R p n−1
    (t
    1
    , x
    1
    ; t
    2
    , x
    2
    ; ...; t k−1
    , x k−1
    ; t k+1
    , x k+1
    ; ...; t n−1
    , x n−1
    )dx k
    =
    = p n
    (t
    1
    , x
    1
    ; t
    2
    , x
    2
    ; ...; t n
    , x n
    )
    - свойство маргинальных функций распределения.
    Уравнение Колмогорова-Чепмена
    Рассуждения, которые приводят к искомому уравнению, состоят в следующем:
    возьмем трехмерную функцию p
    3
    (t
    0
    , x
    0
    ; τ, y; t, x) = p
    1
    (t
    0
    , x
    0
    )q(τ, y|t
    0
    , x
    0
    )q(t, x|τ, y)
    . С
    другой стороны, рассмотрим двумерную величину:
    p
    2
    (t
    0
    , x
    0
    ; t, x) = p
    1
    (t
    0
    , x
    0
    )q(t, x|t
    0
    , x
    0
    )
    Теперь проинтегрируем p
    3
    по y. У нас должно быть выполнено условие согласо- вания, в результате котогоро мы получим следующее соотношение:
    q(t, x|t
    0
    , x
    0
    ) =
    R
    +∞
    −∞
    q(τ, y|t
    0
    , x
    0
    )q(t, x|τ, y)dy
    Это соотношение является уравнением Колмогорова-Чепмена. Оно является ана- логом того, что называется суммированием через промежуточные состояния или
    32
    МЕХАНИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ
    ФАКУЛЬТЕТ
    МГУ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА

    СЛУЧАЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ ​•
    СОКОЛОВ ДМИТРИЙ ДМИТРИЕВИЧ
    КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
    ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
    СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
    того соотношения для промежуточного состояния, которое мы выписывали в рам- ках прошлой лекции для марковских цепей с непрерывным временем и конечным набором элементов. Теперь мы написали такое уравнение для переходной плотно- сти.
    Дифференцирование корреляционного тензора однородного изотропного поля скорости
    Теперь приступим к процедуре дифференцирования корреляционного тензора од- нородного изотропного поля скорости.
    Мы рассматривали однородный изотропный зеркально-симметричный тензор:
    < v i
    (


    x)v j
    (y) >= A(r)δ
    ij
    + B(r)
    r i
    r j
    r
    2
    , где r = x − y.
    И в той ситуации, когда поле скорости несжимаемо, т.е. divv = 0, возникает связь между функциями A(r) и B(r).
    Как известно, divv =
    ∂v i
    ∂x i
    . Идея состоит в следующем:

    ∂x i
    < v i
    (
    x)v j
    (y) >
    Мы хотим переставить интегрирование и дифференцирование. Тогда получим сле- дующее:

    ∂x i
    < v i
    (
    x)v j
    (y) >=<
    ∂v i
    (
    x)
    ∂x i
    , v j
    (y) >
    Т.к.
    ∂v i
    (
    x)
    ∂x i
    = 0
    , то <
    ∂v i
    (
    x)
    ∂x i
    , v j
    (y) >= 0
    - это выполнение условий бездивергентно- сти.
    С другой стороны, мы можем получить следующее:
    ∂A(r)
    ∂x i
    δ
    ij
    +
    ∂B(r)
    ∂x i
    r i
    r j
    ∂r
    2
    + B
    δ
    ii r
    j r
    2
    + B
    δ
    ij r
    i r
    2
    + Br i
    r j

    ∂x i
    (
    1
    r
    ) =
    = A
    0
    ∂r
    ∂x i
    δ
    ij
    + B
    0
    ∂r
    ∂x i
    r i
    r j
    r
    2
    + B
    3r j
    r
    2
    + B
    r j
    r
    2
    − B
    r i
    r j
    r
    2
    ∂r
    ∂x i


    (x i
    −y k
    )
    2
    ∂x i
    =
    2r i
    2r
    =
    r i
    r
    С учетом этого, получаем:
    33
    МЕХАНИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ
    ФАКУЛЬТЕТ
    МГУ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА

    СЛУЧАЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ ​•
    СОКОЛОВ ДМИТРИЙ ДМИТРИЕВИЧ
    КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
    ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
    СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
    ∂A(r)
    ∂x i
    δ
    ij
    +
    ∂B(r)
    ∂x i
    r i
    r j
    ∂r
    2
    + B
    δ
    ii r
    j r
    2
    + B
    δ
    ij r
    i r
    2
    + Br i
    r j

    ∂x i
    (
    1
    r
    ) =
    = A
    0
    ∂r
    ∂x i
    δ
    ij
    + B
    0
    ∂r
    ∂x i
    r i
    r j
    r
    2
    + B
    3r j
    r
    2
    + B
    r j
    r
    2
    − B
    r i
    r j
    r
    2
    ∂r
    ∂x i
    = A
    0
    r j
    r
    + B
    0
    r j
    r
    + B
    3
    r r
    j r
    + B
    1
    r r
    j r
    − B
    r j
    r
    = 0
    В итоге получим:
    A
    0
    + B
    0
    +
    3B
    r
    = 0
    - это и есть условие бездивергентности.
    34
    МЕХАНИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ
    ФАКУЛЬТЕТ
    МГУ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА

    СЛУЧАЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ ​•
    СОКОЛОВ ДМИТРИЙ ДМИТРИЕВИЧ
    КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
    ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
    СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
    Лекция 8
    Уравнение Эйнштейна-Фоккера-Планка
    В рамках прошлой лекции мы остановились на уравнениях Колмогорова-Чепмена,
    которые связывают переходные плотности в три момента времени:
    q(t, x|t
    0
    , x
    0
    ) =
    R
    +∞
    −∞
    q(τ, y|t
    0
    , x
    0
    )q(t, x|τ, y)dy
    Смысл этого уравнения состоит в том, что для того, чтобы перейти из точки t
    0
    , x
    0
    в точку t, x мы можем сначала перейти в из начальной точки в промежуточную точку τ, y, из которой уже перейти в конечную точку. Это аналог формулы полной вероятности.
    Переходная плотность определяется разностью времен t − t
    0
    и если есть однород- ность по времени, то мы можем ввести аналог однородной марковской цепи, для которой будет определена переходная плотность:
    q(x|t − t
    0
    , x
    0
    ) =
    R
    +∞
    −∞
    q(x|t − τ, y)q(y|τ − t
    0
    , x
    0
    )dy
    Проблема состоит в том, что решать данные уравнения достаточно затруднитель- но. В пространстве состояний мы можем ввести не только меру, но и расстояние между точками. Есть естественная гипотеза о том, что за малое время наша точка далеко уйти не может, поэтому переходная плотность при t
    0 7→ t должна концен- трироваться вблизи начальной величины.
    Для того, чтобы это сделать, мы должны понять, что мы примерно хотим полу- чить. Понятно, что мы хотим получить прямое и обратное уравнения Колмогорова.
    Мы встанем на точку зрения, состоящую в том, что мы хотим рассматривать та- кие процессы, в которых уравнение Смолуховского порождает уравнения второго порядка - такие процессы называются диффузионными.
    В контексте физики есть аналог прямого уравнения Колмогорова - это уравнение
    Эйнштейна-Фоккера-Планка. Для вывода этого уравнения из уравнения Смолухов- ского мы должны предположить, не ограничивая общности, что все наши функции дважды дифференцируемы по всем аргументам. Из уравнения Смолуховского мы должны выделить производные по времени и пространственные производные. По этому поводу Фоккер придумал следующее:
    q(t, x|t
    0
    , x
    0
    ) =
    R
    +∞
    −∞
    q(t, x|τ, y)q(τ, y|t
    0
    , x
    0
    )dy
    35
    МЕХАНИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ
    ФАКУЛЬТЕТ
    МГУ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА

    СЛУЧАЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ ​•
    СОКОЛОВ ДМИТРИЙ ДМИТРИЕВИЧ
    КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
    ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
    СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
    R
    +∞
    −∞
    ϕ(x)q(t, x|t
    0
    , x
    0
    )dx =
    R
    +∞
    −∞
    ϕ(x)dx
    R
    +∞
    −∞
    q(t, x|τ, y)q(τ, y|t
    0
    , x
    0
    )dy
    R
    +∞
    −∞
    ϕ(x)q(t + 4, x|t
    0
    , x
    0
    )dx =
    R
    +∞
    −∞
    ϕ(x)dx
    R
    +∞
    −∞
    q(t + 4, x|t, y)q(t, y|t
    0
    , x
    0
    )dy и будем считать, что 4 7→ 0 и стремиться выделить из этого временные и про- странственные производные.
    R
    +∞
    −∞
    ϕ(x)q(t + 4, x|t
    0
    , x
    0
    )dx =
    R
    +∞
    −∞
    R
    +∞
    −∞
    ϕ(x)q(t + 4, x|t, y)q(t, y|t
    0
    , x
    0
    )dxdy
    ,
    где q(t + 4, x|t, y) - переходная плотность за малое время.
    Теперь положим ϕ(x) = ϕ(y) + ϕ
    0
    (y)(x − y) +
    1 2
    ϕ
    00
    (y)(x − y)
    2
    + O
    R
    +∞
    −∞
    ϕ(x)
    q(t+4,x|t
    0
    ,x
    0
    )−q(t,x|t
    0
    ,x
    0
    )
    4
    dx =
    =
    R
    +∞
    −∞
    dyq(t, y|t
    0
    , y
    0
    )[ϕ
    0
    (y)
    R
    +∞
    −∞
    (x−y)q(t+4|t,x)
    4
    dx +
    1 2
    ϕ
    00
    (y)
    R
    +∞
    −∞
    (x−y)
    2
    q(t+4|t,x)
    4
    dx]
    Теперь мы сформулируем требование, при котором при 4 7→ 0 интеграл при ϕ
    0
    (y)
    стремился к конечному пределу, который называется A, а интеграл при ϕ
    00
    (y)
    - к B.
    В итоге мы получим такое уравнение:
    ∂q
    ∂t
    = −

    ∂x
    (Aq) +
    1 2

    2
    ∂x
    2
    (Bq)
    Мы предполагаем, что нам известны A и B и мы хотим найти функцию q из этого уравнения. Мы будем предполагать, что:
    • q ≥ 0
    • R
    +∞
    −∞
    q(t, x|t
    0
    , x
    0
    )dx = 1
    • при t 7→ t
    0
    : q(t, x|t
    0
    , x
    0
    ) = δ(x − x
    0
    )
    Т.е. совсем избавиться от обобщенных функций не удается и начальное условие тут будет δ-функцией - также строится понятие фундаментального решения для урав- нения теплопроводности.
    Мы обсудили прямое уравнение Колмогорова, в котором рассматривалась после- довательность времен t
    0
    , t, t + 4
    . При рассмотрении обратного уравнения у нас есть набор s, s + 4, t. Соответственно, мы должны будем записать уравнение Смо- луховского иначе:
    q(t, x|s, x
    0
    ) =
    R
    +∞
    −∞
    q(t, x|s + 4, y)q(s + 4, y|s, x
    0
    )dy
    36
    МЕХАНИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ
    ФАКУЛЬТЕТ
    МГУ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА

    СЛУЧАЙНЫЕ ПРОЦЕССЫ ​•
    СОКОЛОВ ДМИТРИЙ ДМИТРИЕВИЧ
    КОНСПЕКТ ПОДГОТОВЛЕН СТУДЕНТАМИ, НЕ ПРОХОДИЛ
    ПРОФ РЕДАКТУРУ И МОЖЕТ СОДЕРЖАТЬ ОШИБКИ
    СЛЕДИТЕ ЗА ОБНОВЛЕНИЯМИ НА VK.COM/TEACHINMSU
    Смещение q(s+4, y|s, x
    0
    )
    мало, переходная вероятность заметна только если y −x
    0
    мало.
    Теперь выпишем обратное уравнение Колмогорова:

    ∂q
    ∂t
    0
    = A
    ∂q
    ∂x
    +
    3 2

    2
    ∂x
    2
    q
    Мы можем выписать уравнение, которое получается для абсолютных вероятностей,
    - для этого необходимо прямое уравнение Колмогорова домножить на начальное условие и тогда мы получим:
    ∂p
    ∂t
    = −

    ∂x
    (Ap) +
    1 2

    2
    ∂x
    2
    (Bp)
    Именно такое уравнение и получалось у Эйнштейна, Фоккера и Планка.
    Понятно, как сформулировать представление о том, что наша система однород- на во времени: функции A и B - функции времени, а для однородной во времени системы эти функции становятся постоянными по времени. Коэффициент
    1 2

    2
    ∂x
    2
    (Bp)
    называется коэффициентом диффузии, а

    ∂x
    (Ap)
    - снос.
    Теперь понятно, как из этого получить винеровский процесс: нужно положить
    A = 0
    , B = 2 - получим стандартный винеровский процесс на прямой. Как мы уже говорили, винеровский процесс связан с фундаментальным решением урав- нения теплопроводности. Теперь мы можем сказать, что винеровский процесс яв- ляется диффузионным процессом и уравнение теплопроводности - это уравнение
    Эйнштейна-Фоккера-Планка для винеровского процесса.
    Марковские процессы с непрерывным временем и континуальным числом состо- яний обнаруживают очень заментое сходство с уравнениями параболического типа.
    Понятно, что если эту конструкцию перенести на множество состояний в трехмер- ном пространстве, то будут возникать уравнения такого типа:
    ∂p
    ∂t
    = (v∇p) + 4(νp)
    Дальше возникает уравнение Каца-Фейнмана, с помощью которого можно связать решение уравнений параболического типа с марковскими процессами.
    37
    МЕХАНИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЙ
    ФАКУЛЬТЕТ
    МГУ ИМЕНИ М.В. ЛОМОНОСОВА

    1   2   3   4   5   6


    написать администратору сайта