在一维随机游走模型中,若向左和向右的行走概率相等,如何计算醉汉在n步后距离起点的期望位移和方差?请通过具体步骤和示例代码展示。
时间: 2024-12-20 13:33:45 浏览: 22
随机游走模型,特别是醉汉行走问题,是研究随机过程的有力工具。在该问题中,我们假设向左和向右行走的概率相等,即p = q = 1/2。在这种情况下,我们可以利用概率理论来计算醉汉在经过n步后距离起点的期望位移和方差。根据给定的条件,期望位移E[Δx]和方差Var(Δx)的计算公式可以简化为:
参考资源链接:[醉汉行走与随机游走模型详解:概率分布与计算方法](https://wenku.csdn.net/doc/3v1z723ta4?spm=1055.2569.3001.10343)
期望位移:
E[Δx] = (n * l) / 2
方差:
Var(Δx) = (n * l^2) / 4
这里的l是每次行走的步长,n是行走的总步数。由于每次行走都是独立的,并且向左向右的概率相等,我们可以得出在n步之后,醉汉距离起点的期望位移是0,因为向左和向右的位移相互抵消。而方差则描述了位移的离散程度,其值随步数n的增加而线性增长。
为了帮助你更好地理解这一计算过程,强烈推荐你查看这本资源:《醉汉行走与随机游走模型详解:概率分布与计算方法》。这本书详细介绍了随机游走模型的原理和应用,并提供了丰富的案例分析。
具体到编程实现,我们可以使用Python的NumPy库来模拟这个过程,并进行统计计算。以下是一个简单的示例代码,展示了如何通过模拟随机游走来估算期望位移和方差:
```python
import numpy as np
# 设置参数
n_steps = 100000 # 总步数
l = 1 # 每步的长度
# 模拟n次随机游走
displacements = []
for _ in range(n_steps):
position = 0
for _ in range(100): # 假设每次行走100步
step = np.random.choice([-l, l]) # 随机向左或向右移动一步
position += step
displacements.append(position)
# 计算期望位移和方差
expectation = sum(displacements) / n_steps
variance = sum((d - expectation) ** 2 for d in displacements) / n_steps
print(f
参考资源链接:[醉汉行走与随机游走模型详解:概率分布与计算方法](https://wenku.csdn.net/doc/3v1z723ta4?spm=1055.2569.3001.10343)
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