两个状态的马尔可夫链

手动推导如下公式。

证明:

  1. 首先将如下矩阵对角化:
    { 1 − a a b 1 − b } \begin {Bmatrix} 1-a & a \\ b & 1-b \end {Bmatrix} {1−aba1−b}

(1)求如下矩阵的特征值:
{ 1 − a a b 1 − b } { x 1 x 2 } = λ { x 1 x 2 } = = > \begin {Bmatrix} 1-a & a \\ b & 1-b \end {Bmatrix} \begin {Bmatrix} x_1 \\x_2 \end {Bmatrix} = \lambda \begin {Bmatrix} x_1 \\x_2 \end {Bmatrix} == > {1−aba1−b}{x1x2}=λ{x1x2}==>
∣ 1 − a − λ a b 1 − b − λ ∣ = 0 = = > \begin {vmatrix} 1-a - \lambda& a \\ b & 1-b - \lambda \end {vmatrix} = 0 ==> 1−a−λba1−b−λ =0==>
( 1 − a − λ ) ( 1 − b − λ ) − a b = 0 = = > (1-a- \lambda)(1-b - \lambda) - ab = 0 ==> (1−a−λ)(1−b−λ)−ab=0==>
λ 2 + ( a + b − 2 ) λ + ( 1 − a − b ) = 0 = = > λ = ( 2 − a − b ) + − ( a + b − 2 ) 2 − 4 ( 1 − a − b ) 2 = ( 2 − a − b ) + − ( a + b ) 2 = ( 1 ) o r ( 1 − a − b ) \lambda^2 +(a+b-2)\lambda + (1-a-b) = 0 ==> \\ \lambda = \frac{(2-a-b) +- \sqrt{(a+b-2)^2-4(1-a-b)}}{2} = \\ \frac{(2-a-b) +- (a+b)}{2} = (1) or (1-a-b) λ2+(a+b−2)λ+(1−a−b)=0==>λ=2(2−a−b)+−(a+b−2)2−4(1−a−b) =2(2−a−b)+−(a+b)=(1)or(1−a−b)

(2)求得正交特征向量

∣ − a a b − b ∣ ∣ x 1 x 2 ∣ = 0 = = > x 1 = 1 , x 2 = 1 \begin {vmatrix} -a & a \\ b &-b \end {vmatrix} \begin {vmatrix} x_1 \\x_2 \end {vmatrix} = 0 ==> x_1 = 1,x_2 = 1 −aba−b x1x2 =0==>x1=1,x2=1

∣ b a b a ∣ ∣ x 1 x 2 ∣ = 0 = = > x 1 = a , x 2 = − b \begin {vmatrix} b & a \\ b &a \end {vmatrix} \begin {vmatrix} x_1 \\x_2 \end {vmatrix} = 0 ==> x_1 = a,x_2 = -b bbaa x1x2 =0==>x1=a,x2=−b

也即:
A = P − 1 Λ P = { 1 2 a a 2 + b 2 1 2 − b a 2 + b 2 } { 1 0 0 1 − a − b } { 1 2 1 2 a a 2 + b 2 − b a 2 + b 2 } A = P^{-1} \Lambda P = \begin {Bmatrix} \frac{1}{\sqrt{2}} & \frac{a}{\sqrt{a^2+b^2}} \\\\ \frac{1}{\sqrt{2}} & \frac{-b}{\sqrt{a^2+b^2}} \end {Bmatrix} \begin {Bmatrix} 1 & 0\\\\ 0& 1 - a - b \end {Bmatrix} \begin {Bmatrix} \frac{1}{\sqrt{2}} & \frac{1}{\sqrt{2}} \\ \\ \frac{a} {\sqrt{a^2+b^2}} & \frac{-b}{\sqrt{a^2+b^2}} \end {Bmatrix} A=P−1ΛP=⎩ ⎨ ⎧2 12 1a2+b2 aa2+b2 −b⎭ ⎬ ⎫⎩ ⎨ ⎧1001−a−b⎭ ⎬ ⎫⎩ ⎨ ⎧2 1a2+b2 a2 1a2+b2 −b⎭ ⎬ ⎫

A n = P − 1 Λ n P = { 1 2 a a 2 + b 2 1 2 − b a 2 + b 2 } { 1 0 0 ( 1 − a − b ) n } { 1 2 1 2 a a 2 + b 2 − b a 2 + b 2 } = { 1 2 + a 2 ( 1 − a − b ) 2 a 2 + b 2 1 2 + − a b ( 1 − a − b ) 2 a 2 + b 2 1 2 + − a b ( 1 − a − b ) 2 a 2 + b 2 1 2 + b 2 ( 1 − a − b ) 2 a 2 + b 2 } A^n = P^{-1} \Lambda^n P = \begin {Bmatrix} \frac{1}{\sqrt{2}} & \frac{a}{\sqrt{a^2+b^2}} \\\\ \frac{1}{\sqrt{2}} & \frac{-b}{\sqrt{a^2+b^2}} \end {Bmatrix} \begin {Bmatrix} 1 & 0\\\\ 0& (1 - a - b)^n \end {Bmatrix} \begin {Bmatrix} \frac{1}{\sqrt{2}} & \frac{1}{\sqrt{2}} \\ \\ \frac{a} {\sqrt{a^2+b^2}} & \frac{-b}{\sqrt{a^2+b^2}} \end {Bmatrix} =\\ \\ \begin {Bmatrix} \frac{1}{2} + \frac{a^2 (1-a-b)^2}{a^2+b^2} & \frac{1}{2} + \frac{-ab (1-a-b)^2}{a^2+b^2} \\\\ \frac{1}{2} + \frac{-ab (1-a-b)^2}{a^2+b^2} & \frac{1}{2} + \frac{b^2 (1-a-b)^2}{a^2+b^2} \end {Bmatrix} An=P−1ΛnP=⎩ ⎨ ⎧2 12 1a2+b2 aa2+b2 −b⎭ ⎬ ⎫⎩ ⎨ ⎧100(1−a−b)n⎭ ⎬ ⎫⎩ ⎨ ⎧2 1a2+b2 a2 1a2+b2 −b⎭ ⎬ ⎫=⎩ ⎨ ⎧21+a2+b2a2(1−a−b)221+a2+b2−ab(1−a−b)221+a2+b2−ab(1−a−b)221+a2+b2b2(1−a−b)2⎭ ⎬ ⎫

相关推荐
唠点键盘之外的3 小时前
15 微调 vs RAG:到底怎么选
人工智能·机器学习·面试·aigc
硅谷秋水4 小时前
EmbodiedMemory-Bench:面向长时程具身任务的具身记忆基准测试
机器学习·语言模型·机器人
Ruannn(努力版)6 小时前
statistics
概率论
计算机源码社10 小时前
基于大数据技术的城市空气质量时序趋势与站点特征分析系统 面向监测站点的城市空气污染时空异质性分析与可视化系统
大数据·机器学习·数据挖掘·数据分析·毕业设计·课程设计·数据可视化
xx_xxxxx_10 小时前
论文阅读-RoTTA
论文阅读·人工智能·深度学习·机器学习
西索斯coding11 小时前
grok-4.7 调用一直 429 怎么办?不是额度用完——是 RPM 和 TPM 双桶限流,附响应头读取代码和退避策略
大数据·人工智能·机器学习·ai
盘古开天166613 小时前
PPO算法原理详解(下):Clip机制深入剖析与实践指南
人工智能·算法·机器学习
xx_xxxxx_14 小时前
论文阅读-PASLE
人工智能·深度学习·机器学习
释厄62314 小时前
01AB 基本元理——任何智能体的三元法理·0=1→0≠1法理跃迁为天理
人工智能·windows·算法·microsoft·机器学习
Omics Pro14 小时前
经典多组学整合算法→商用云平台
数据库·人工智能·算法·机器学习·自然语言处理