Рассмотрите эту теоретическую, правильно-стохастическую матрицу перехода стохастического процесса.

Создайте Цепь Маркова, которая характеризуется матрицей P перехода.

P = [ 0   0  1/2 1/4 1/4  0   0 ;
      0   0  1/3  0  2/3  0   0 ;
      0   0   0   0   0  1/3 2/3;
      0   0   0   0   0  1/2 1/2;
      0   0   0   0   0  3/4 1/4;
     1/2 1/2  0   0   0   0   0 ;
     1/4 3/4  0   0   0   0   0 ];
mc = dtmc(P);

Постройте ориентированного графа Цепи Маркова. Укажите на вероятность перехода при помощи цветов обводки.

figure;
graphplot(mc,'ColorEdges',true);

Определите стационарное распределение Цепи Маркова.

xFix = asymptotics(mc)

xFix = 1×7

    0.1300    0.2034    0.1328    0.0325    0.1681    0.1866    0.1468

Поскольку xFix вектор-строка, это - уникальное стационарное распределение mc.

Создайте пять матриц переходов эмпирических количеств путем генерации матрицы диагонали блока, состоявшей из дискретной универсальной формы, чертит.

m = 100; % Maximal count
rng(1); % For reproducibility
P = blkdiag(randi(100,2) + 1,randi(100,3) + 1)

P = 5×5

    43     2     0     0     0
    74    32     0     0     0
     0     0    16    36    43
     0     0    11    41    70
     0     0    20    55    22

Создайте и постройте диграф Цепи Маркова, которая характеризуется матрицей P перехода.

mc = dtmc(P);

figure;
graphplot(mc)

Определите стационарное распределение и смешивание времени Цепи Маркова.

[xFix,tMix] = asymptotics(mc)

xFix = 2×5

    0.9401    0.0599         0         0         0
         0         0    0.1497    0.4378    0.4125

tMix = 0.8558

Строки xFix соответствуйте стационарным распределениям двух независимых текущих классов mc.

Создайте отдельные Цепи Маркова, представляющие текущие подцепи mc.

mc1 = subchain(mc,1);
mc2 = subchain(mc,3);

mc1 и mc2 dtmc объекты. mc1 текущий класс, содержащий 1 состояния, и mc2 текущий класс, содержащий 3 состояния.

Сравните смесительные времена подцепей.

[x1,t1] = asymptotics(mc1)

x1 = 1×2

    0.9401    0.0599

t1 = 0.7369

[x2,t2] = asymptotics(mc2)

x2 = 1×3

    0.1497    0.4378    0.4125

t2 = 0.8558

mc1 приближается к его стационарному распределению более быстро, чем mc2.

Создайте Цепь Маркова "гантели", содержащую 10 состояний в каждом "весе" и три состояния в "панели".

rng(1); % For reproducibility
w = 10;                              % Dumbbell weights
DBar = [0 1 0; 1 0 1; 0 1 0];        % Dumbbell bar
DB = blkdiag(rand(w),DBar,rand(w));  % Transition matrix

% Connect dumbbell weights and bar
DB(w,w+1) = 1;                       
DB(w+1,w) = 1; 
DB(w+3,w+4) = 1; 
DB(w+4,w+3) = 1;

mc = dtmc(DB);

Визуализируйте матрицу перехода использование тепловой карты.

figure;
imagesc(mc.P);
colormap(jet);
axis square;
colorbar;

Постройте ориентированного графа Цепи Маркова. Подавите метки узла.

figure;
h = graphplot(mc);
h.NodeLabel = {};

Постройте собственные значения цепи гантели.

figure;
eigplot(mc);

Тонкий, красный диск в графике показывает спектральный разрыв (различие между двумя самыми большими модулями собственного значения). Спектральный разрыв определяет смесительное время Цепи Маркова. Большие разрывы указывают на более быстрое смешивание, тогда как тонкие разрывы указывают на более медленное смешивание. В этом случае спектральный разрыв является тонким, указывая долгое время смешивания.

Оцените смесительное время цепи гантели и определите, является ли цепь эргодической.

[~,tMix] = asymptotics(mc)

tMix = 85.3258

tf = isergodic(mc)

tf = logical
   1

В среднем время это берет для общего расстояния изменения между любым начальным распределением и стационарным распределением, чтобы затухнуть на коэффициент $$e^1$$ приблизительно 85 шагов.