第一章 随机过程的概念与基本类型(4)

2019-01-07 17:17

例如,(随机电报信号)设对任意时刻X(t)仅有两个可能取值I和-I,且

便为参数连续的离散型随机过程(下图给出了X(t)的一条样本函数)。

(4) 参数集为连续集,状态为连续型随机变量的随机过程,称此种随机过程

为参数连续的连续型随机过程。 例如,(随机相位波)设 量且

。则

其中A,ω为常数, 为随机变便为参数连续的连续型随机过程。

2.按随机过程的统计特性进行分类

常见的随机过程有:正态过程、独立增量过程、泊松过程、维纳过程、马尔可夫过程、平稳过程等等。 二、几个重要的随机过程 (一)二阶矩过程

定义 如果随机过程{X(t),t?T}的一、二阶矩存在(有限),则称{X(t),t?T}是二阶矩过程。

从二阶矩过程的均值函数和相关函数出发讨论随机过程的性质,而不涉及它的有限为分布,这种理论称为随机过程的相关理论。

显然,二阶矩过程的均值函数和相关函数是存在的,所以其他数字特征也存在。 定理 设{X(t),t?T}是二阶矩过程,则相关函数具有下列性质

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(1)共轭对称性 RX(s,t)?RX(t,s),s,t?T

(2)非负定性 对任意n?1,任意t1,t2,?,tn?T和任意复数?1,?2,?,?n,有

nn ??RX(tk,tl)?k?l?0

k?1l?1证明 (1)RX(s,t)?E[X(s)X(t)]?E[X(s)X(t)]?RX(t,s),s,t?T

nnnn(2)??RX(tk,tl)?k?l???E[X(tk)X(tl)]?k?l

k?1l?1k?1l?1?n?E{?X(tk)?k?X(tl)?l}?E??X(tk)?kk?1l?1??k?1nn2???0 ??(二)正交增量过程

定义 设{X(t),t?T}是零均值的二阶矩过程,若对任意的t1?t2?t3?t4?T,有

E[(X(t2)?X(t1))(X(t4)?X(t3))]?0 则称{X(t),t?T}为正交增量过程。

对于正交增量过程,若T取有限区间[a,b],且X(a)?0,则当a?s?t?b时,有 E[X(s)(X(t)?X(s))]?0

定理 设{X(t),t?[a,b]}是正交增量过程,且X(a)?0,则

2 CX(s,t)?RX(s,t)??X(min(s,t))

证明 CX(s,t)?RX(s,t)?mX(s)mX(t),因为均值为零,

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所以 CX(s,t)?RX(s,t)

当a?s?t?b时,RX(s,t)?E[X(s)X(t)]?E[X(s)X(t)?X(s)?X(s)]

2 ?E[X(s)X(t)?X(s)]?E[X(s)X(s)]??X(s)

2同样,当a?t?s?b时,有RX(s,t)??X(t)

2所以,CX(s,t)?RX(s,t)??X(min(s,t))

(三)独立增量过程 1. 独立增量过程的概念 定义:设

为一随机过程,如果对任意正整数n及任意实数

相互独立,则称 如果对任意

为独立增量过程。 ,增量

的分布仅与t-s有关,而与起点S

无关,则称此种独立增量过程为齐次(或平稳)独立增量过程。以下所涉及的独立增量过程均为齐次独立增量过程且假定X(0)≡0。 2. 独立增量过程的二个重要结果

(1) 独立增量过程的有限维分布完全由其增量的分布所确定。 事实上,对任意正整数n及任意实数

由独立增量过程的定义可知 则(

相互独立。因此,若增量的分布已知,

)的联合分布便已知,又因为

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从而可见, 并可以证明(

的分布便可由( )的联合分布也可以由(

)的分布确定,

)的分

布确定,这也就说明了独立增量过程 量的分布来确定。 (2)如果

的有限维分布完全可以由其增

为独立增量过程,则当s,t≥0时,便有

事实上,令

意正整数n及任意实数 有

这里 为独立增量过程,于是,对任

彼此独立,且 对任意进而便有

所以 也是一个独立增量过程。且

并对任意的 有

CX(s,t)?E[X(s)??X(s)][X(t)??X(t)]

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即有

(四)正态过程和维纳过程 正态过程 定义:设

为一随机过程,如果其有限维分布为正态分布,即对任

服从n维正态分

为正态过程(或称为高斯过程)。

意正整数n,及任意实数 布,则称随机过程

正态过程有以下几个重要性质:

1.正态过程的全部统计特性,即其有限维分布完全由其均值函数和自协方差函数所确定。 事实上,设 自协方差函数。

对任意正整数n,及任意实数

的n维状态

为正态过程。并令

分别为其均值函数和

的均值向量便为

?CX(t1,t1)CX(t1,t2)??CX(t2,t1)CX(t2,t2)其协方差矩阵便为:C??????C(t,t)C(t,t)Xn2?Xn120

?CX(t1,tn)???CX(t2,tn)? ?????CX(tn,tn)??


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