Stochastic-Processes

為什麼無偏隨機遊走是非遍歷的?

  • December 19, 2019

維基百科說“無偏見的隨機遊走是非遍歷的”。

讓我們看一個簡單的隨機遊走。定義為:取獨立隨機變量 Z1,Z2 ,其中每個變量是 1 或者 1, 任何一個值的概率為 50%,並設置 S0=0,! 和 $ S_{n}=\sum {j=1}^{n}Z{j} $ .

如果我們計算(比方說)大小集合的平均平均值 N 這將是 $ (\sum {j=1}^{n}Z{j})/N N (\sum {j=1}^{n}Z{j})/N. $

那麼,為什麼它是非遍歷的?

那篇維基百科文章寫道,

過程 X(t) 如果時間平均估計,則在第一時刻被稱為平均遍歷或均方遍歷ˆμX=1TT0X(t),dt

以平方均值收斂於整體平均值 μX 作為 T.

問題是 ˆμ 變得越來越多變 T 增加。X(t) 是問題中描述的離散二項式隨機遊走,因為時間平均值是

ˆμ(X)=1TTi=1X(t)=1TTi=1ij=1Z(i)=Z(1)+T1TZ(2)++1TZ(T).

請注意早期條款如何持續存在: Z(1) 以係數出現 1 和隨後的係數 Z(i) 收斂到 1 作為 T 成長。因此,它們對時間平均值的貢獻不會被平均化,因此時間平均值不能收斂到一個常數。


在維基百科文章的上下文和符號中,讓我們通過找到時間平均值的均值和方差來證明這個結果。

的期望 ˆμX

E(ˆμX)=1TT0E(X(t)),dt=1TT00,dt=0.

因此它的方差是它的平方的期望,

Var(ˆμX)=E(ˆμ2X) =E(1TT0E(X(t)),dt 1TT0E(X(s)),ds) =(1T)2T0T0E(X(t)X(s)),dtds =(1T)2T0T0min(s,t),dtds =(1T)2T0(s0t,dt+Tss,dt)ds =(1T)2T0(s22+(Ts)s)ds =(1T)2T33 =T3.

因為這變得越來越大 T 成長, ˆμX 不可能收斂到遍歷性定義所要求的常數——即使它的平均值為零。維基百科是從哪裡寫的(完全引用這段話),

無偏隨機遊走是非遍歷的。它的期望值始終為零,而其時間平均值是具有發散方差的隨機變量。

引用自:https://stats.stackexchange.com/questions/441576