隨機遊走(隨機漫步理論)

隨機遊走

隨機漫步理論一般指本詞條

隨機遊走(random walk)也稱隨機漫步,隨機行走等是指基於過去的表現,無法預測將來的發展步驟和方向。核心概念是指任何無規則行走者所帶的守恆量都各自對應著一個擴散運輸定律 ,接近於布朗運動,是布朗運動理想的數學狀態,現階段主要套用於網際網路連結分析及金融股票市場中。

基本介紹

  • 中文名:隨機遊走
  • 外文名:random walk
  • 核心:一個擴散運輸定律
  • 定義:即隨機遊走,概念接近於布朗運動
  • 套用計算機金融
  • 別名:隨機行走、隨機漫步
釋義,定律介紹,無規則行走,擴散定律,理想狀態,相關研究,觀點的缺憾,其他類型,與P2P,與高分子,與金融市場,模型,

釋義

英文:random walk
隨機遊走隨機遊走
定義:隨機遊走,概念接近於布朗運動,是布朗運動的理想數學狀態。
核心概念:任何無規則行走者所帶的守恆量都各自對應著一個擴散運輸定律。

定律介紹

無規則行走與擴散定律

無規則行走

無規則行走在任意尺度上都具有相似結構。例如一個在二維(d=2)格子上遊動,每一定時間以相同機率移動到其相鄰位置,其軌跡即二維隨機軌跡,同樣可以擴展到三維。舉個例子,你取2 個硬幣一個1 分,一個5 分。你每五秒,將2 個硬幣擲一次,1 分硬幣用於左右移動標記,5 分硬幣用於前後移動標記,繪出路徑就是你的二維無規則行走。假如你走了1000 步那么你回到起點的方式M0 有多少種?那么么必須正反面各500 次。即,對一個特定投幣序列將投出正面的序號列出清單,清單包括500 個不同的整數這個量為:1000!/500!,而任意兩張清單只在元素存在換序的差異,則實際上並無區別所以必須除以可能的置換數500!,M0=1000!/(500×500!),“!”表示階乘。回到原點的機率P0=M0/ M,這個機率滿足二項分布
斯特林公式斯特林公式
對於所有M 種可能可以用斯特林公式進行計算,通過計算我們知道回到起點的機率很低。
要想找出第1000 步後你走了多遠,你可以列出1000 次投幣的結果序列然後對所有(x1000)的2次方 求平均,得到1000 步後的均方位置;這顯然太複雜,好在還有另外的方法。我們可以將所有2的N次方 種可能行走一一配對,每一配對由相同的x(N-1 );{(N-1)為x的下腳標}的兩個可能性相等的行走組成,只是最後一步不同。N 步隨機性走的均方位移比N-1 步大a的2次方,後者又比N-2 步大a的2次方,均方位移=Na的2次方。a 為格子間隔,每一個格子點上遊動的可能方向有2d 個(d 是格子維數)單位時間內遊動的方差為D=a2/(2d)t ,D 為擴散係數(一些參考書中也用字母K 表示,
醉酒人的無規則行走醉酒人的無規則行走
a後面的2為次方,後面凡數字在字母后面都表示指數)。對於一維無規則行走的均方位移隨時間線性增加2Kt,擴散常數D=a2/(2Δt)。這個邏輯可以推廣到二維和三維。
也許行走若干個步後他會回到出發點,但這樣的機率非常小。他離開酒吧的距離滿足擴散定律。
(a)二維無規則行走;
(b)當步驟更多,步幅更低時二維無規則行走
(c)三維無規則行走。

擴散定律

擴散以一個初始分布釋放大量的無規則行走,觀察他們的密度,就會得到分布函式
1855 年法國生理學家Fick 提出了描述擴散規律的基本公式— 菲克定律,在一維(如x 方向擴散的)粒子流密度(即單位時間內在單位截面上擴散的粒子流)J N 與粒子數密度梯度dc/dx成正比。擴散通量J=-D×(dc/dx),稱為菲克定律又稱擴散第一定律。進一步消掉J,找出濃度隨時間的變化關係dc/dt=D(d2c/dx2)其中2都是上角標,稱為菲克第二定律;在高等教材中可以寫成偏導的形式d 換成ә。

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