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Lecture 3 - Extensions of Poisson Process⚓︎

Syllabus

  • 非时齐 Poisson 过程
  • 复合 Poisson 过程
  • 条件 Poisson 过程

非时齐 Poisson 过程⚓︎

本小节放松平稳增量这一条件,也就是说过程的速率会依赖于时间,下面给出非时齐 Poisson 过程的定义

Definition 3.1 (非时齐 Poisson 过程)

若计数过程 \(\{N(t),t\geq0\}\) 满足:

(1) \(N( 0) = 0;\)
(2) 具有独立增量;
(3) \(P\{ N( t+ h) - N( t) = 1\} = \lambda ( t) h+ o( h)\), \(\lambda ( t) , t\geq 0\) 为连续函数
(4) \(P\{ N( t+ h) - N( t) \geq 2\} = o( h)\)

则称为具有强度函数 \(\lambda(t)\) 的非时齐 (Nonhomogeneous)Poisson 过程。

与标准 Poisson 过程一样,我们接下来考察 \(N(t)\) 的分布。

Proposition 3.2

设 \(\{N(t),t\geq0\}\) 为一个非时齐 Poisson 过程,记

\[m(t)=\int_0^t\lambda(s)ds\]

在区间 \([t+s]\) 中的事件数 \(N(t+s)-N(t)\) 服从均值为 \(m(t+s)-m(t)=\int_t^{t+s}\lambda(y)dy\) 的 Poisson 分布,即

\[P(N(t+s)-N(s)=n)=\exp\{-[m(t+s)-m(s)]\}\frac{[m(t+s)-m(s)]^n}{n!}.\]

Proof.

与定理 2.5 的证明想法类似。对给定的 \(t\),定义:

\[P_n(s)\triangleq P\{N(t+s)-N(t)=n\}\]

则有

\[ \begin{aligned} P_{0}(s+h)=P\{N(t+s+h)-N(t)=0\}&=P\left\{(t,t+s)中有0个事件(t+s,t+s+h)中有0个事件\right\} \\ &=P\left\{(t,t+s)中有0个事件\right\}P\left\{(t+s,t+s+h)中有0个事件\right\}\\ &=P_0(s)[1-\lambda(t+s)h+o(h)], \end{aligned} \]

因此

\[\frac{P_0(s+h)-P_0(s)}h=-\lambda(t+s)P_0(s)+\frac{o(h)}h.\]

令 \(h\to0\),得到微分方程

\[P_0'(s)=-\lambda(t+s)P_0(s)\]