1 p p P (X 0 = 0) P (X 0 = 1) =

Samankaltaiset tiedostot
1 + b t (i, j). Olkoon b t (i, j) todennäköisyys, että B t (i, j) = 1. Siis operaation access(j) odotusarvoinen kustannus ajanhetkellä t olisi.

Markov-ketjut pitkällä aikavälillä

Esimerkki: Tietoliikennekytkin

MS-A0004/MS-A0006 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 6 / vko 42

Markov-ketjut pitkällä aikavälillä

Insinöörimatematiikka D

Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia

Ilkka Mellin Todennäköisyyslaskenta Osa 3: Todennäköisyysjakaumia Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia

Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia. Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia. Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia: Mitä opimme?

Ominaisarvo ja ominaisvektori

Insinöörimatematiikka D

Johdatus todennäköisyyslaskentaan Moniulotteisia todennäköisyysjakaumia. TKK (c) Ilkka Mellin (2005) 1

Jatkuva-aikaisia Markov-prosesseja

Markov-kustannusmallit ja kulkuajat

Numeeriset menetelmät TIEA381. Luento 5. Kirsi Valjus. Jyväskylän yliopisto. Luento 5 () Numeeriset menetelmät / 28

STOKASTISET PROSESSIT Peruskäsitteitä

Ominaisarvo ja ominaisvektori

Esimerkki 4.4. Esimerkki jatkoa. Määrää matriisin ominaisarvot ja -vektorit. Ratk. Nyt

. Mitä olisivat y 1 ja y 2, jos tahdottaisiin y 1 (0) = 2 ja y 2 (0) = 0? x (1) = 0,x (2) = 1,x (3) = 0. Ratkaise DY-ryhmä y = Ay.

Mat Dynaaminen optimointi, mallivastaukset, kierros 1

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

Markov-kustannusmallit ja kulkuajat

Tehtäväsarja I Seuraavat tehtävät liittyvät kurssimateriaalin lukuun 7 eli vapauden käsitteeseen ja homogeenisiin

Matriisilaskenta Luento 16: Matriisin ominaisarvot ja ominaisvektorit

Ominaisvektoreiden lineaarinen riippumattomuus

Erilaisia Markov-ketjuja

Harjoitus Tarkastellaan luentojen Esimerkin mukaista työttömyysmallinnusta. Merkitään. p(t) = hintaindeksi, π(t) = odotettu inflaatio,

Inversio-ongelmien laskennallinen peruskurssi Luento 2

Matriisialgebra harjoitukset, syksy 2016

Matematiikka B2 - TUDI

Tehtäväsarja I Seuraavat tehtävät liittyvät kurssimateriaalin lukuun 7 eli vapauden käsitteeseen ja homogeenisiin

MS-A0004/A0006 Matriisilaskenta

Similaarisuus. Määritelmä. Huom.

Lineaarikuvauksen R n R m matriisi

Tehtäväsarja I Tehtävät 1-5 perustuvat monisteen kappaleisiin ja tehtävä 6 kappaleeseen 2.8.

v AB q(t) = q(t) v AB p(t) v B V B ṗ(t) = q(t) v AB Φ(t, τ) = e A(t τ). e A = I + A + A2 2! + A3 = exp(a D (t τ)) (I + A N (t τ)), A N = =

ax + y + 2z = 0 2x + y + az = b 2. Kuvassa alla on esitetty nesteen virtaus eräässä putkistossa.

MS-A0003/A Matriisilaskenta Laskuharjoitus 6

Determinantti 1 / 30

Ominaisarvoon 4 liittyvät ominaisvektorit ovat yhtälön Ax = 4x eli yhtälöryhmän x 1 + 2x 2 + x 3 = 4x 1 3x 2 + x 3 = 4x 2 5x 2 x 3 = 4x 3.

Osoita, että täsmälleen yksi vektoriavaruuden ehto ei ole voimassa.

(0 desimaalia, 2 merkitsevää numeroa).

Olkoon R S otosavaruuksien R ja S karteesinen tulo: Satunnaismuuttujien X ja Y järjestetty pari (X, Y) määrittelee kaksiulotteisen satunnaismuuttujan:

Ratkaisuehdotukset LH 3 / alkuvko 45

Generoivat funktiot, Poisson- ja eksponenttijakaumat

Matematiikka B2 - Avoin yliopisto

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I

Numeeriset menetelmät

5 Differentiaaliyhtälöryhmät

5 OMINAISARVOT JA OMINAISVEKTORIT

Jatkuvan aikavälin stokastisia prosesseja

Ortogonaalisen kannan etsiminen

Matriisiteoria Harjoitus 1, kevät Olkoon. cos α sin α A(α) = . sin α cos α. Osoita, että A(α + β) = A(α)A(β). Mikä matriisi A(α)A( α) on?

MS-C1340 Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt

6 MATRIISIN DIAGONALISOINTI

Markov-ketjuja suurilla tila-avaruuksilla

Milloin A diagonalisoituva?

MS-C1340 Lineaarialgebra ja

5.1. Normi ja suppeneminen Vektoriavaruus V on normiavaruus, jos siinä on määritelty normi : V R + = [0, ) jolla on ominaisuudet:

T Rinnakkaiset ja hajautetut digitaaliset järjestelmät Stokastinen analyysi

Neliömatriisi A on ortogonaalinen (eli ortogonaalimatriisi), jos sen alkiot ovat reaalisia ja

3.2.2 Tikhonovin regularisaatio

Ratkaisuehdotukset LH 10 / vko 48

HY, MTO / Matemaattisten tieteiden kandiohjelma Todennäköisyyslaskenta IIa, syksy 2018 Harjoitus 3 Ratkaisuehdotuksia.

ominaisvektorit. Nyt 2 3 6

Päättelyn voisi aloittaa myös edellisen loppupuolelta ja näyttää kuten alkupuolella, että välttämättä dim W < R 1 R 1

Differentiaali- ja integraalilaskenta 2 (CHEM) MS-A0207 Hakula/Vuojamo Kurssitentti, 12.2, 2018, arvosteluperusteet

Matemaattinen Analyysi / kertaus

Paikannuksen matematiikka MAT

Todennäköisyyden ominaisuuksia

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Malliratkaisut 5 / vko 48

2. Teoriaharjoitukset

Lineaarialgebra II, MATH.1240 Matti laaksonen, Lassi Lilleberg

Liikenneongelmien aikaskaalahierarkia

Insinöörimatematiikka D, laskuharjoituksien esimerkkiratkaisut

MS-A0003/A0005 Matriisilaskenta Laskuharjoitus 3 /

6. OMINAISARVOT JA DIAGONALISOINTI

MS-C1340 Lineaarialgebra ja differentiaaliyhtälöt

x = x x 2 + 2y + 3 y = x + 2y f 2 (x, y) = 0. f 2 f 1

Oletetaan ensin, että tangenttitaso on olemassa. Nyt pinnalla S on koordinaattiesitys ψ, jolle pätee että kaikilla x V U

Todennäköisyyslaskenta IIa, syys lokakuu 2019 / Hytönen 3. laskuharjoitus, ratkaisuehdotukset

Estimointi populaation tuntemattoman parametrin arviointia otossuureen avulla Otossuure satunnaisotoksen avulla määritelty funktio

Ominaisarvo-hajoitelma ja diagonalisointi

MS-C1340 Lineaarialgebra ja

Jatkuva-aikaisten Markov-prosessien aikakehitys

Lineaarikombinaatio, lineaarinen riippuvuus/riippumattomuus

Matematiikan perusteet taloustieteilijöille II Harjoituksia kevät ja B = Olkoon A = a) A + B b) AB c) BA d) A 2 e) A T f) A T B g) 3A

Talousmatematiikan perusteet: Luento 14. Rajoittamaton optimointi Hessen matriisi Ominaisarvot Ääriarvon laadun tarkastelu

Lineaariset yhtälöryhmät ja matriisit

Kanta ja Kannan-vaihto

DI matematiikan opettajaksi: Täydennyskurssi, kevät 2010 Luentorunkoa ja harjoituksia viikolle 13: ti klo 13:00-15:30 ja to 1.4.

Poisson-prosessien ominaisuuksia ja esimerkkilaskuja

Lineaarialgebra ja matriisilaskenta I, HY Kurssikoe Ratkaisuehdotus. 1. (35 pistettä)

Pelaisitko seuraavaa peliä?

ja B = 2 1 a) A + B, b) AB, c) BA, d) A 2, e) A T, f) A T B, g) 3A (e) A =

Insinöörimatematiikka D

Neliömatriisit A ja B ovat similaareja toistensa suhteen, A B, jos on olemassa kääntyvä matriisi P, jolle pätee A = PBP 1.

Matriisilaskenta (TFM) MS-A0001 Hakula/Vuojamo Ratkaisut, Viikko 48, , c)

(1.1) Ae j = a k,j e k.

Ominaisarvot ja ominaisvektorit 140 / 170

Transkriptio:

Mat-2.3 Stokastiset rosessit Syksy 2007 Laskuharjoitustehtävät 3 Poroudas/Kokkala. Tarkastellaan Markov-ketjua, jonka tilajoukko on {0, } ja tilansiirtotodennäköisyysmatriisi P Olkoon alkujakauma α 0 a Määritä tilajakauma α k b Määritä rajajakauma lim k α k., 0 < <, 0 < < P X 0 0 P X 0 α 0 α. α k 0 α k kaikilla k N c Millaisella alkujakaumalla α 0 jakauma α k on riiumaton k:sta eli stationaarinen? 0 α k α 0 P k. Lasketaan P k ominaisarvohajotelman avulla. Matriisin P ominaisarvot saadaan yhtälöstä detp λi 0: λ λ 0 λ λ 0 λ, λ 2 Merkitään ω λ 2. Vastaavat vasemmanuoleiset ominaisvektorit ovat u ja u 2. Matriisin P ominaisarvohajotelma on P U DU, missä D on ominaisarvojen muodostama diagonaalimatriisi ja U on matriisi, jonka rivit ovat P:n vasemmanuoleiset ominaisvektorit eli

λ 0 0 D, U 0 λ 2 0 ω u u 2 Sijoitetaan U ja D: P U DU P k U D k U P k + + + 0 0 ω k ω k + ω k ω k ω k + ω k + ω k + ωk + a α k α 0 P k + +ω k α 0 α + ωk + +ω k α 0 +α α 0 α α 0 + α b 0 < <, 0 < <, joten < ω <. Tällöin lim k ω k 0, joten lim k αk c Jos +, ω 0, jolloin a-kohdassa laskettu α k ei riiu k:sta millään α:n arvoilla. Tällöin kaikilla α:n arvoilla k α k. Jos +, α k on k:sta riiumaton jos ja vain jos α 0 α 0, eli stationaarinen jakauma on α 2. Kaikkien Markov-ketjujen äiti Vuonna 93 julkaistussa artikkelissa Andrei Markov analysoi 20000 kirjaimen ituisen jakson Pushkinin runoelmasta Evgeni Onegin tutkiakseen, voidaanko vokaalien 0 ja konsonanttien vuorottelua kuvata

Kuva : Tilatodennäköisyydet arvoilla 0.6, 0.7 ja α 0 0 Markov-ketjulla. Datasta hän sai seuraavan tilansiirtotodennäköisyysmatriisin: 0.28 0.872 P 0.663 0.337 Kuinka suuri osuus Pushkinin tekstistä tämän mukaan on vokaaleja? 0.663 0.28 0 0.337 0.872 Siirtymätodennäköisyysmatriisi vastaa edellisen tehtävän Markov-ketjua arvoilla 0.872, 0.663. Rajajakaumaksi johdettiin π Näin ollen vokaalien osuus on 0.432. 0.663 0.872+0.663 0.872 0.872+0.663 0.432 0.568 3. Tehtaassa on kaksi konetta, joista käytetään yhtä kerrallaan. Kone rikkoutuu työäivän aikana todennäköisyydellä 0.6. Tehtaassa on yksi huoltomies, jolta vie kaksi äivää korjata kone, ja hän voi korjata vain yhtä konetta kerrallaan.

Rikkoutuvaa konetta voidaan käyttää rikkoutumisäivän louun. Seuraavana aamuna huoltomies aloittaa sen korjaamisen, ja varakone otetaan käyttöön, aitsi jos toinen kone on juuri korjattavana, jolloin sen korjaaminen saatetaan ensin louun. Kuinka monta äivää vuodessa molemmat koneet ovat oissa käytöstä keskimäärin? Määritellään yksittäisen koneen tilat: : käytössä tai varalla R: korjattavana. äivää R2: korjattavana 2. äivää W: rikki odottamassa korjaukseen ääsyä Näin koko systeemin mahdolliset tilat ovat: 0:, yksi kone käytössä, toinen varalla :,R yksi kone käytössä, toinen korjattavana. äivää 2:,R2 yksi kone käytössä, toinen korjattavana 2. äivää 3: R2,W yksi kone korjattavana 2. äivää, toinen rikki odottamassa korjaukseen ääsyä 0 2 R2 R 3 W R2 Merkitsemällä saadaan tilansiirtotodennäköisyydet 0 0 P 0 0 0 0 0 0 0

Ketju on jaksoton ja elkistymätön, joten rajajakauma saadaan ratkaistua ehdoista πp π, πc, eli yhtälöryhmästä π 0 π 0 + π 2 π π 0 + π 2 + π 3 π 2 π π 3 π π 0 + π + π 2 + π 3 π + 2 2 2 0.688 0.56 0.3 0.025 Vuodessa molemmat koneet ovat oissa käytöstä keskimäärin 365π 3 9.3 äivää. 4. Olkoon X n Markov-ketju, jonka tilansiirtotodennäköisyydet tunnetaan. Onko mahdollista laskea tilansiirtotodennäköisyyksiä taakseäin - voidaanko tietyllä n satunnaismuuttujalle X n määrittää jakauma ehdolla X n j? Tarkastele esimerkkinä Markov-ketjua tilajoukolla {, 2, 3}, oletuksella X n 2 ja tilansiirtotodennäköisyysmatriisilla 0 0. 0.9 P 0 0.6 0.4 0.3 0.7 0 Oastus: On siis määritettävä ehdolliset todennäköisyydet P X n i X n j. Saadaanko ratkaisu yhtälön n n P avulla? Onko n:n arvolla merkitystä? P X n i X n j P X n i, X n j P X n j P X n ipi, j P X n j P X n i i ei ole tunnettu, joten myöskään ehdollista todennäköisyyttä ei voida määrittää. Suurilla n:n arvoilla voidaan olettaa, että X n :n jakauma vastaa rajajakaumaa π. Esimerkkiketjulle π 0.096 0.584 0.320, josta saadaan esimerkiksi P X n 3 X n 2 π 3P3, 2 π 2 0.320 0.7 0.584 0.384