【有限马尔科夫链状态分解+Kosaraju 算法】基于Kosaraju 算法和可达矩阵的有限马尔科夫链状态分解
有限马尔科夫链状态分解+Kosaraju 算法
- 1 实验内容
- 2 理论基础
- 3 题目分析
- 4 按常返性和互通性对状态空间进行分解算法流程
- 4.1 强连通性和强连通分量
- 4.2 基于有向图 Kosaraju 算法的有限马尔科夫链状态分解
- 4.3 算法正确性证明
- 4.4 算法复杂度分析
- 5 按周期对不可约闭集进行分解
- 6 对例题分解验证算法正确性
- 7 代码使用
- 8 总结
1 实验内容
生成有 100 个状态的齐次马尔科夫链,状态转移矩阵随机生成(在满足完备
性约束下,可以随机由代码设置,注意保证状态有一定比例与其他状态的联通,
比如 3%;也可以自己提前设置好,但要保证有 2 个以上不可约子集)。
- 将状态空间按常返性和互通性进行分解;
- 在 1 的基础上对周期不可约马尔可夫链进行分解。
2 理论基础
设 C C C 为状态空间 I 的非空子集,若对任意 i ∈ C & & j ∉ C i\in C \&\& j \notin C i∈C&&j∈/C 都有 p i j = 0 p_{ij}=0 pij=0,则称为 C C C (随机)闭集,若 C C C 中所有状态是互通的,称 C C C 是不可约的闭集。若马尔可夫链 { X n } \{X_n\} {Xn} 的状态空间 I I I 是不可约的闭集,则称 { X n } \{X_n\} {Xn} 为不可约的马尔可夫链。
按常返性和互通性进行状态空间的分解
任一马尔可夫链的状态空间 I,可唯一地分解成有限个或可列个不相交的集 D , C 1 , C 2 , . . . D, C_1, C_2, ... D,C1,C2,... 之和,使得:
- 每一 C n , n = 1 , 2 , . . . C_n,\ n=1, 2, ... Cn, n=1,2,... 是常返态组成的不可约闭集;
- C n , n = 1 , 2 , . . . C_n,\ n=1, 2, ... Cn, n=1,2,... 中的状态同类,即或全是正常返,或全是零常返,它们有相同的周期,且 f j k = 1 , j , k ∈ C n f_{jk}=1,\ j,k \in C_n fjk=1, j,k∈Cn ;
- D D D 是由全体非常返状态组成,自
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