如何解決有 階梯 的 隨機遊走 這類數學問題?

時間 2021-05-08 10:02:22

1樓:千夜雪

單獨看第乙個台階的話,在0時必然會向右到1,在1時會有0.5的機率到0,有0.5的機率到2,到2會掉下去。

即,當且僅當經過位置1會有一次1╱2的選擇,所以掉下第乙個台階的期望

=1-(1╱2)-n╱2×2

Sn=4-4(1╱2)-2n╱2

2樓:SKearbvaanl

考慮令 表示醉漢在 位置,走到 號位置步數的期望。

顯然有如下三個式子:

, 左側非牆;

, 左側為牆,移項得到

我們可以建立乙個關於 的方程組,解出即可得到更通常地,令醉漢在 位置有 的位置向右走, 的位置向左走,而向左走有 的概率被擋住,也可以列出對應的等式:

解出原方程組即可。

要解決這個通用的問題,在計算機領域我們可以使用高斯消元解決,時間複雜度 。

,對於牆邊的第乙個元素

於是可以線性解決,對於題面描述的問題,容易得到

3樓:王箏

被 @王贇 Maigo 帶逛了。。

這個問題其實是遠遠比通常的隨機遊走簡單的,因為可以區域性的去處理。乙個簡單的觀察是,因為牆的存在,從0走到2這個事件和從2走到4是一模一樣的。然後根據期望的可加性,我們有如下的公式:

其中 指的是從m走到n所需要的步數的期望。所以只需要計算 就夠了。這裡理解成乙個馬爾可夫過程算轉移矩陣,然後就像樓上那樣數值求解肯定是比較普適的,但是這裡情況比較簡單,所以可以直接計算,這裡有乙個固定的套路。

為了方便與樓上的數值解對照,我們採用在0處50%不動50%向前一步的設定。根據期望的可加性,我們有

顯然 ,這個很容易算出來。接下來,假設我們走到了1,所以一半直接到2,一半回到了0,這就回到了從0到2的情形,所以有下面的等式:

所以聯立可得

解得 ,所以走到10期望是30步,這與樓上的結果是一樣的。

當然了,這裡稍微有點不嚴格,因為需要首先證明這些期望都是有限的,但是這並不困難,完全可以嚴格化,這裡就不多囉嗦了。

一般的情況用上面的套路是可以類似處理的,我以「圖為012台階3,以及在0處百分百向右走」作為例子計算一下 ,再一般的就完全類似了。

記號同前,從零出發時,有等式:

從1出發時,有等式:

從2出發時,有等式:

三個未知數三個方程完全可以解出來,直接求就是了。

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