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Lecture 2 - Poisson Processes⚓︎

Syllabus

  • Poisson 过程
  • 到达间隔
  • 到达时间

Poisson 过程的定义⚓︎

Poisson 过程刻画了人们“等待”和“计数”等行为中所蕴含随机性。Poisson 过程是最基本也是最重要的一类连续时间参数随机过程。它是最典型的 Markov 过程,Levy 过程;而且还是一个半鞅。

基本概念⚓︎

Definition 2.1 (计数过程, Counting processes)

如果随机过程 \(\left\{ N(t),t \geqslant 0 \right\}\) 表示时间段内发生的事件总数,则称随机过程 \(N(t)\) 为计数过程 (Counting processes)

It should satisfy the following conditions:

  • \(N(t)\geqslant 0\)
  • \(N(t)\) 是整数
  • 单调性

为了更好地研究计数过程可以增加一些自定义的约束条件:独立增量与平稳增量

Definition 2.2 (独立增量过程, independent increments)

对于连续时间的随机过程,简单来说就是任意设置间隔点,其中发生的事件数相互独立,这就称为独立增量过程

如果对于 \(X(t+s)-X(t)\),有任意的 \(t\) 分布相同,则称为平稳增量过程(stationary increments)

接下来利用上面的概念给出最基本的一类随机过程-Poisson 过程的刻画

Poisson 过程⚓︎

Definition 2.3 (Poisson 过程, 1)

若计数过程 \(\left\{ N(t),t \geqslant 0 \right\}\) 满足
+ N(0)=0
+ 具有独立增量
+ 长度为 \(t\) 的任意区间内的事件数服从均值 \(\lambda t\) 的 Poisson 分布,即 \(\forall s,t \geqslant 0,P(N(t+s)-N(s)=n)=e^{-\lambda t} \frac{\left( \lambda t \right)^{n}}{n!},n=0,1\dots\)

称为具有速率 \(\lambda\) 的 Poisson 过程。

然而条件 (3) 在实际中是很难验证的,所以我们有必要给出一个等价定义

Remark: 需要掌握其中的差别和互推的方式

到达间隔与等待时间的分布⚓︎

到达时间的条件分布⚓︎

M/G/1 的忙期⚓︎