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随机过程(联合平稳随机过程)

时间:2019-01-22 10:22:14

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随机过程(联合平稳随机过程)

实际上联合平稳随机过程和单一的随机过程是十分相似的,联合平稳随机过程用来表征两个随机过程之间的关系。

文章目录

联合平稳随机过程1.概率分布与矩函数2.矩函数3.联合平稳的矩函数

联合平稳随机过程

1.概率分布与矩函数

假定有两个随机过程 X(t)X(t)X(t) 和 Y(t)Y(t)Y(t) 概率密度分别为 pn(x1,x2,⋯,xn;t1,t2,⋯,tn)p_n(x_1,x_2,\dotsb,x_n;t_1,t_2,\dotsb,t_n)pn​(x1​,x2​,⋯,xn​;t1​,t2​,⋯,tn​)pm(y1,y2,⋯,ym;t1′,t2′,⋯,tm′)p_m(y_1,y_2,\dotsb,y_m;t'_1,t'_2,\dotsb,t'_m)pm​(y1​,y2​,⋯,ym​;t1′​,t2′​,⋯,tm′​)联合概率分布函数

Fm+n(x1,x2,⋯,xn;y1,y2,⋯,ym;t1,t2,⋯,tn;t1′,t2′,⋯,tm′)=P{X(t1)≤x1,X(t2)≤x2,⋯X(tn)≤xn;Y(t1′)≤y1,Y(t2′)≤y2,⋯Y(tn′)≤yn}\begin{matrix} F_{m+n}(x_1,x_2,\dotsb ,x_n;y_1,y_2,\dotsb,y_m;t_1,t_2,\dotsb,t_n;t'_1,t'_2,\dotsb,t'_m)\\ ~~\\ = P\{ X(t_1) \le x_1,X(t_2) \le x_2, \dotsb X(t_n) \le x_n ;Y(t'_1) \le y_1,Y(t'_2) \le y_2, \dotsb Y(t'_n) \le y_n \} \end{matrix}Fm+n​(x1​,x2​,⋯,xn​;y1​,y2​,⋯,ym​;t1​,t2​,⋯,tn​;t1′​,t2′​,⋯,tm′​)=P{X(t1​)≤x1​,X(t2​)≤x2​,⋯X(tn​)≤xn​;Y(t1′​)≤y1​,Y(t2′​)≤y2​,⋯Y(tn′​)≤yn​}​联合概率密度函数

pm+n(x1,x2,⋯,xn;y1,y2,⋯,ym;t1,t2,⋯,tn;t1′,t2′,⋯,tm′)=∂nFn(x1,x2,⋯,xn;y1,y2,⋯,ym;t1,t2,⋯,tn;t1′,t2′,⋯,tm′)∂x1∂x2⋯∂xn∂y1∂y2⋯∂ym\begin{matrix} p_{m+n}(x_1,x_2,\dotsb ,x_n;y_1,y_2,\dotsb,y_m;t_1,t_2,\dotsb,t_n;t'_1,t'_2,\dotsb,t'_m)\\ ~~\\ = \dfrac{\partial^n F_n(x_1,x_2,\dotsb ,x_n;y_1,y_2,\dotsb,y_m;t_1,t_2,\dotsb,t_n;t'_1,t'_2,\dotsb,t'_m)}{\partial x_1\partial x_2 \dotsb \partial x_n\partial y_1\partial y_2 \dotsb \partial y_m} \end{matrix}pm+n​(x1​,x2​,⋯,xn​;y1​,y2​,⋯,ym​;t1​,t2​,⋯,tn​;t1′​,t2′​,⋯,tm′​)=∂x1​∂x2​⋯∂xn​∂y1​∂y2​⋯∂ym​∂nFn​(x1​,x2​,⋯,xn​;y1​,y2​,⋯,ym​;t1​,t2​,⋯,tn​;t1′​,t2′​,⋯,tm′​)​​过程的统计独立:

pm+n(x1,x2,⋯,xn;y1,y2,⋯,ym;t1,t2,⋯,tn;t1′,t2′,⋯,tm′)=pn(x1,x2,⋯,xn,t1,t2,⋯,tn)pm(y1,y2,⋯,ym,t1′,t2′,⋯,tn′)\begin{matrix} p_{m+n}(x_1,x_2,\dotsb ,x_n;y_1,y_2,\dotsb,y_m;t_1,t_2,\dotsb,t_n;t'_1,t'_2,\dotsb,t'_m) \\ ~~\\ = p_n(x_1,x_2,\dotsb ,x_n,t_1,t_2,\dotsb,t_n) p_m(y_1,y_2,\dotsb ,y_m,t'_1,t'_2,\dotsb,t'_n) \end{matrix}pm+n​(x1​,x2​,⋯,xn​;y1​,y2​,⋯,ym​;t1​,t2​,⋯,tn​;t1′​,t2′​,⋯,tm′​)=pn​(x1​,x2​,⋯,xn​,t1​,t2​,⋯,tn​)pm​(y1​,y2​,⋯,ym​,t1′​,t2′​,⋯,tn′​)​

2.矩函数

互相关函数:

RX(t1,t2)=E[X(t1)Y(t2)]=∫−∞∞∫−∞∞xyp2(x,y;t1,t2)dxdyR_X(t_1,t_2) = E[X(t_1)Y(t_2)]=\int _{-\infin}^{\infin}\int _{-\infin}^{\infin}xy~p_2(x,y;t_1,t_2)dxdyRX​(t1​,t2​)=E[X(t1​)Y(t2​)]=∫−∞∞​∫−∞∞​xyp2​(x,y;t1​,t2​)dxdy互协方差函数:

CXY(t1,t2)=E[X(t1)−mX(t1)][Y(t2)−mY(t2)]C_{XY}(t_1,t_2) = E[X(t_1)-m_X(t_1)][Y(t_2)-m_Y(t_2)]CXY​(t1​,t2​)=E[X(t1​)−mX​(t1​)][Y(t2​)−mY​(t2​)]

3.联合平稳的矩函数

定义:pm+np_{m+n}pm+n​ 不随时间的改变而变化,称过程 X(t)X(t)X(t) 和 Y(t)Y(t)Y(t) 联合平稳。互相关函数:RXY(t1,t2)=RXY(τ)R_{XY}(t_1,t_2) = R_{XY}(\tau)RXY​(t1​,t2​)=RXY​(τ)互相关系数:rXY(τ)=CXY(τ)σXσYr_{XY}(\tau) = \frac{C_{XY}(\tau)}{\sigma_X\sigma_Y}rXY​(τ)=σX​σY​CXY​(τ)​互协方差函数:CXY(t1,t2)=CXY(τ)C_{XY}(t_1,t_2) = C_{XY}(\tau)CXY​(t1​,t2​)=CXY​(τ)正交:对任意 τ\tauτ,rXY(τ)r_{XY}(\tau)rXY​(τ) 均为 000,就是说过程 X(t)X(t)X(t) 和过程 Y(t)Y(t)Y(t)完全不相关(线性)。可以用 E[X(t)Y(t+τ)]=0E[X(t)Y(t+\tau)] = 0E[X(t)Y(t+τ)]=0 来表示两过程正交。

⭐️ 注意区分独立和不相关,独立的定义要比不相关更加严格。互相关函数性质: RXY(τ)=RYX(−τ)R_{XY}(\tau) = R_{YX}(-\tau)RXY​(τ)=RYX​(−τ)∣Rxy(τ)∣2≤RX(0)RY(0)|R_{xy}(\tau)|^2\le R_X(0)R_Y(0)∣Rxy​(τ)∣2≤RX​(0)RY​(0)

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