AT的特征值
矩陣A的特征值和AT的特征值是一樣的,
求解特征值的方法是det(A-λI) = 0,根據行列式的性質,矩陣的行列式等于矩陣轉置的行列式,因此:

因此λ也是AT的特征值,
馬爾可夫矩陣

矩陣A有2個特點:A中的所有元素都是非負的;A中的每一列之和都等于1,形如A的矩陣稱為馬爾可夫矩陣,馬爾可夫矩陣主要應用在概率領域,將一個馬爾可夫矩陣進行方冪運算仍然得到馬爾可夫矩陣,
當處理一個微分方程時,特征值0意味著得到了一個穩態,當進行矩陣的方冪運算時,穩態的條件包括:
- λ1=1是特征值之一,
- 其他特征值的絕對值比1小,|λi|<1
給定一個向量u0和一個能夠對角化的矩陣A,如果uk+1=Auk,那么:

當λ1=1,其他特征值的絕對值比1小時,則uk在k增大的程序中趨近于C1x1,即給出了一個穩態,x1是A的特征向量,它的每個分量都是大于或等于0的值,
為什么一定有λ=1的特征值
馬爾可夫矩陣的每一列之和為1,這個性質保證了矩陣有一個λ=1的特征值,
回顧前面的章節,我們通過下式來計算A的特征值:

如果λ=1時是一個特征值,那么A-λI一定是一個奇異矩陣:

A減去單位向量相當于把A的每一列之和減去1,此時所有行向量相加得到0向量,這意味著一個行向量可以用另外兩個行向量表示,因此行向量是線性相關的,A-I是奇異矩陣,一定會有det(A-I)=0,
人口的流動
對于方程uk+1=Auk,A是馬爾可夫矩陣,我們用人口的流動解釋馬爾可夫矩陣,

u的分量分別表示兩個城市人口,A中的每一列代表人口的去留比例,第一列的0.9表示留在uA的人口占uA總人口的90%,剩余10%流入uB;第二列的0.2表示從uB流入uA的人口占uB的20%,剩余80%留在uB,每一列的加和為1保證了總人口不變,如果有一個初始值:

表示在t=0時刻,uA的總人口是0,是個待開辟的新城市,uB有1000人,經過一次遷徙,在t=1時刻:

這次遷徙主要是從uB遷入uA,有200人進入uA,剩余800人留在uB,
我們希望獲得長時間遷徙后的人口分布,這需要知道A的特征值和特征向量,A是馬爾可夫矩陣,因此一個特征值是λ1=1,通過矩陣的跡可知另一個特征值是λ2=0.9+0.8-1=0.7,由此可以求得兩個特征向量:

由于兩個特征值符合方冪運算時達到穩態的條件,所以uk在k增大的程序中趨近于C1x1,即最后經過多年的遷徙,兩個城市的人口趨近于定值:

綜合示例
一個顆粒可以在A和B之中來回跳動,跳動的概率如下圖所示:

如果顆粒在A,下一次跳到B的概率是0.4,仍然留在A的概率是0.6;如果在B,下一次跳到A的概率是0.2,仍然留在B的概率是0.8,
如果顆粒最初在A,那么它一步之后,n步之后,無窮步后留在A或移動到B的概率是多少?
首先構建模型,將上圖構造成馬爾可夫矩陣:

第一串列示顆粒停留在A的概率是60%,從A跳到B的概率是40%;第二串列示從B跳到A的概率是20%,停留在B的概率是80%,
顆粒最初在A位置,因此初始條件是:

第一次移動后,停留在A的概率是60%,移動到B的概率是40%:

第n次移動后:

un的兩個分量分別表示第n次移動后停留在A的概率和移動到B的概率,

無窮步后,留在A的概率是33.33%,
作者:我是8位的
出處:http://www.cnblogs.com/bigmonkey
本文以學習、研究和分享為主,如需轉載,請聯系本人,標明作者和出處,非商業用途!
掃描二維碼關注作者公眾號“我是8位的”

轉載請註明出處,本文鏈接:https://www.uj5u.com/qita/3783.html
標籤:其他
下一篇:線性代數筆記26——傅立葉級數
