第12章 马尔可夫链与跳跃过程

Markov Chains and Jump Processes

从转移概率到连续时间跳跃。本章共6节。

本章导言

马尔可夫模型把当前状态作为预测未来所需的信息。本章从转移矩阵与路径概率出发,讨论状态之间的可达关系、返回行为、平稳分布以及长期平均。有限状态结论与可数状态结论分别表述。

首步分解将命中问题转成线性方程或更新方程。可逆性提供构造平稳分布的方法;耦合给出分布收敛的定量比较。平稳、可逆、常返和遍历并不是同义词,后续模拟算法必须逐一核查它们。

泊松过程把独立增量与指数等待联系起来。一般连续时间链进一步引入生成矩阵与指数保持时间,并带来爆炸问题。最后一节说明为什么一组看似合理的局部跳跃速率,仍需额外条件才能定义全时间范围内的保守过程。

先修知识与阅读方式

第6–7章的联合分布与条件期望;第10章的收敛;第11章的停时和鞅基础。

先按顺序读定义和证明,再独立完成练习。若直接从本章进入,可回到全书学习路线检查先修知识;遇到技术性证明思路,应结合节末文献补读对应论证。

本章各节

  1. 12.1 马尔可夫链与转移机制
    Markov Chains and Transitions
  2. 12.2 常返、平稳分布与长期行为
    Recurrence and Stationarity
  3. 12.3 首达、吸收与更新方程
    Hitting Times and Renewal Equations
  4. 12.4 可逆性、耦合与马尔可夫链遍历平均
    Reversibility, Coupling, and Ergodic Averages
  5. 12.5 泊松过程与到达时间
    Poisson Processes
  6. 12.6 连续时间马尔可夫链
    Continuous-Time Markov Chains