РУБРИКИ

Курсовая: Дискретный марковский процесс

   РЕКЛАМА

Главная

Логика

Логистика

Маркетинг

Масс-медиа и реклама

Математика

Медицина

Международное публичное право

Международное частное право

Международные отношения

История

Искусство

Биология

Медицина

Педагогика

Психология

Авиация и космонавтика

Административное право

Арбитражный процесс

Архитектура

Экологическое право

Экология

Экономика

Экономико-мат. моделирование

Экономическая география

Экономическая теория

Эргономика

Этика

Языковедение

ПОДПИСАТЬСЯ

Рассылка E-mail

ПОИСК

Курсовая: Дискретный марковский процесс

Курсовая: Дискретный марковский процесс

Вятский государственный гуманитарный университет.

Институт экономики.

Курсовая работа

по предмету: Исследование операций.

Тема: Дискретный марковский процесс.

Выполнил: студент группы Мэ-31 Мышкин Илья

Проверил: доц. Караулов В.М.

2003 г.

Содержание:

Введение.......................................................................3

Дискретный Марковский процесс..................................................5

Дискретный Марковский процесс с дискретным временем. Марковская однородная

цепь. 7

Поглощающие марковские цепи...................................................10

Марковская неоднородная цепь..................................................15

Дискретный Марковский случайный процесс с непрерывным временем................16

Пуассоновский стационарный (простейший) поток событий.........................19

Экономическое применение......................................................21

Литература:...................................................................25

Приложение....................................................................26

Введение.

Одним из важнейших факторов, который должен учитываться в процессе принятия

оптимальных решений, является фактор случайности. При учете "случайности"

необходимо, чтобы массовые случайные явления обладали свойством статической

устойчивости. Это означает, что учитываемые случайные явления подчиняются

определенным статическим закономерностям, требования которых не обязательны

при учете неопределенности.

Условие статической устойчивости позволяет использовать в процессе принятия

решений эффективные математические методы теории случайных процессов и, в

частности, одного из ее разделов - теории Марковских процессов.[1]

Функционирование широкого класса систем можно представить как процесс

перехода из одного состояния в другое под воздействием каких-либо причин.

Например, процесс функционирования ЭВМ характеризуется тем, что в каждый

момент времени обработкой информации заняты те или иные блоки. Процесс

прохождения обрабатываемой информации по блокам ЭВМ можно рассматривать как

процесс перехода системы из одного состояния в другое. В полной мере это

относится и к процессу функционирования ЭВМ с точки зрения надежности. В

каждый момент времени некоторые узлы работоспособны, а некоторые отказали и

восстанавливаются. Если каждому возможному множеству работоспособных (или

отказывающих) элементов поставить в соответствие множество состояний системы,

то отказы и восстановления элементов будут отражаться переходом объекта из

одного состояния в другое. [4]

Благодаря сравнительной простоте и наглядности математического аппарата,

высокой достоверности и точности получаемых решений, особое внимание

Марковские процессы приобрели у специалистов, занимающихся исследованием

операций и теорией принятия оптимальных решений.

Управление инвестиционным портфелем является типичной задачей исследования

операций. В ней присутствуют все атрибуты канонической постановки:

· динамика цен на обращаемые бумаги рассматривается как случайный

Марковский процесс с дискретным временем;

· цель операции носит многокритериальный характер (ожидаемый выигрыш,

риск, ликвидность и т.п.);

· процесс развивается в динамике.

Несмотря на указанную выше простоту и наглядность, практическое применение

теории Марковских цепей требует знания некоторых терминов и основных

положений, на которых следует остановиться перед изложением примеров. [6]

Дискретный Марковский процесс.

Рассматриваемые процессы, обладают определенным свойством и представляют

собой базу вероятностных моделей специального вида. Они названы Марковскими

по имени впервые их исследовавшего математика А.А. Маркова.

Напомним для начала некоторые понятия. Случайным процессом или синонимически

случайной функцией S(t) , где t – время, называется функция, которая каждому

моменту времени t из временного промежутка проводимого опыта ставит в

соответствие единственную случайную величину S(t).

Значит аргументом случайной функции является время, а ее значением –

случайная величина. Таким образом, случайная величина характеризует изменение

случайной величины в процессе опыта.

Под системой S будем понимать всякое целостное множество взаимосвязанных

элементов, которое нельзя расчленить на независимые подмножества.

Связи между элементами системы в одну или обе стороны могут быть как

непосредственными, так и опосредованными. Элементы системы и связи между ними

изменяются, вообще говоря, во времени и характеризуют в каждый момент времени

t состояние S(t) системы S.

Если система S с течением времени t изменяет свои состояния S(t) случайным

образом, то говорят, что в системе S протекает случайный процесс. В любой

момент времени система пребывает только в одном из состояний, то есть для

любого момента времени t найдется единственное состояние Si такое,

что S(t) = Si. Если множество состояний не более чем счетно, то оно

дискретно. Если множество состояний более чем счетно, то оно непрерывно. [3]

В зависимости от времени пребывания системы в каждом состоянии различают

процессы с дискретным временем. Системы с непрерывным временем предполагают,

что переход системы из одного состояния в другое может осуществляться в любой

момент времени, т.е. время пребывания системы в каждом состоянии представляет

непрерывную случайную величину.

В случае дискретного множества состояний система меняет свои состояния

скачком (мгновенно). В случае же непрерывного множества состояний переход

системы происходит непрерывно (плавно). Процесс, заключающийся в том, что

система с дискретным множеством состояний в некоторые моменты времени скачком

переходит случайным образом из одного состояния в другое, называется

дискретным случайным процессом.

Случайный процесс, протекающий в системе S, называется Марковским, если он

обладает свойством отсутствия последствия, состоящим в том, что для каждого

момента времени t0 вероятность любого состояния S(t) системы S в

будущем (при t>t0) зависит только от ее состояния S(t0

) в настоящем (при t=t0) и не зависит от того, как и сколько времени

развивался этот процесс в прошлом (при t>t0).

В финансово экономической практике нередко встречаются случайные процессы,

которые с определенной погрешностью можно считать Марковскими.

Курсовая: Дискретный марковский процесс

Курсовая: Дискретный марковский процесс

При исследовании непрерывных и дискретных случайных цепей обычно пользуются

графическим представлением функционирования системы. Граф состояний системы

представляет собой совокупность вершин, изображающих возможные состояния

системы Si, и совокупность ветвей, изображающих возможные переходы

системы из одного состояния в другое. [4]

Дискретный Марковский процесс с дискретным временем. Марковская

однородная цепь.

Марковский случайный дискретный процесс, протекающий в системе S,

характеризуется не только возможными состояниями, в которых система может

пребывать случайным образом, но и теми моментами времени, в которые могут

происходить ее переходы из состояния в состояние. Эти моменты времени могут

быть заранее известны или случайны.

Случайный процесс, протекающий в системе, называется процессом с дискретным

временем, если переходы системы из одного состояния могут осуществляться только

в заранее определенные моменты времени Курсовая: Дискретный марковский процесс

называемые шагами этого процесса. В промежутках между соседними шагами система

сохраняет свои состояния. Не исключается возможность, что на некоторых шагах

система не изменит своего состояния.

Случайный процесс с дискретным временем можно представить случайной

последовательностью (по индексу k) этих событий Курсовая: Дискретный марковский процесс

которую называют также цепью.

Случайная последовательность называется Марковской цепью, если для каждого шага

вероятность перехода из любого состояния Курсовая: Дискретный марковский процесс

в любое состояниеКурсовая: Дискретный марковский процесс не

зависит от того, когда и как система Курсовая: Дискретный марковский процесс

оказалась в состоянии Курсовая: Дискретный марковский процесс

.

Так как система Курсовая: Дискретный марковский процесс в

любой момент t может пребывать только в одном из состояний Курсовая: Дискретный марковский процесс

, то при каждом k=1,2,. события Курсовая: Дискретный марковский процесс

несовместны и образуют полную группу.

Основными характеристиками Марковских цепей являются вероятности Курсовая: Дискретный марковский процесс событий Курсовая: Дискретный марковский процесс .

Вероятности Курсовая: Дискретный марковский процесс называются вероятностями состояний.

Таким образом, вероятность i состояния на k шаге Курсовая: Дискретный марковский процесс

есть вероятность того, что система S от k до (k+1) шага будет пребывать в

состоянии Курсовая: Дискретный марковский процесс . Сумма

вероятностей этих событий для каждого Курсовая: Дискретный марковский процесс

равна 1: Курсовая: Дискретный марковский процесс Курсовая: Дискретный марковский процесс

. Если переходные вероятности не зависят от шагов k, то Марковская цепь

называется однородной. Если же хотя бы одна вероятность изменяется с изменением

шага k, то цепь называется неоднородной. Запишем переходные вероятности в виде

квадратной матрицы n порядка, сумма элементов каждой строки равна 1.

Наличие на размеченном графе стрелок и соответствующих им переходных

вероятностей из одного состояния в другое означает, что эти вероятности отличны

от нуля. Напротив отсутствие стрелок из одного состояния в другое говорит о

том, что соответствующие им переходные вероятности равны нулю. Вероятности

задержек Курсовая: Дискретный марковский процесс можно

подсчитать по формуле Курсовая: Дискретный марковский процесс

. Вектор-строка вероятностей состояний Курсовая: Дискретный марковский процесс

в начальный момент времени t=0, непосредственно предшествующий первому шагу,

называется вектором первоначального распределения вероятностей.

Для однородной Марковской цепи вектор-строка вероятностей состояний от k до

(k+1) шага, равна произведению вектора-строки вероятностей состояний от (k-1)

до k шага на матрицу переходных вероятностей: Курсовая: Дискретный марковский процесс

.

Для однородной Марковской цепи имеет место следующая формула: Курсовая: Дискретный марковский процесс

Дискретный случайный процесс с дискретным временем, протекающий в системе,

характеризуется тем, что система может перескакивать из одного состояния в

другое только в заранее определенные моменты времени, называемые шагами.

У однородной Марковской цепи переходные вероятности постоянны, не зависят от

шагов (практически каждая переходная вероятность на любом шаге пренебрежимо

мало отличается от постоянной для нее величины).

Основными вероятностными прогнозными характеристиками Марковской цепи являются

вероятности состояний на любом шаге Курсовая: Дискретный марковский процесс

.[1]

Все многообразие Марковских цепей подразделяется на эргодические и разложимые.

Разложимые Марковские цепи содержат невозвратные состояния, называемые

поглощающими. Из поглощающего состояния нельзя перейти ни в какое другое. На

графе поглощающему состоянию соответствует вершина, из которой не выходит ни

одна дуга. В установившемся режиме поглощающему состоянию соответствует

вероятность, равная 1.

Эргодические Марковские цепи описываются сильно связанным графом. Это означает,

что в такой системе возможен переход из любого состояния Курсовая: Дискретный марковский процесс

в любое состояние Курсовая: Дискретный марковский процесс Курсовая: Дискретный марковский процесс

за конечное число шагов.

Для эргодических цепей при достаточно большом времени функционирования (t

стремится к бесконечности) наступает стационарный режим, при котором

вероятности Курсовая: Дискретный марковский процесс

состояний системы не зависят от времени и не зависят от распределения

вероятностей в начальный момент времени, т.е. Курсовая: Дискретный марковский процесс

.[4]

Поглощающие марковские цепи.

Как указывалось выше, из поглощающего состояния нельзя перейти ни в какое

другое, у поглощающих дискретных марковских цепей имеется множество,

состоящее из одного или нескольких поглощающих состояний.

Для примера рассмотрим переходную матрицу, описывающую переходы в системе,

имеющей 4 возможных состояния, два из которых являются поглощающими. Матрица

перехода такой цепи будет иметь вид: Курсовая: Дискретный марковский процесс

Практически важным является вопрос о том, сколько шагов сможет пройти система до

остановки процесса, то есть поглощения в том или ином состоянии. Для получения

дальнейших соотношений путем переименования состояний матрицу (1) переводят к

блочной форме:Курсовая: Дискретный марковский процесс

Такая форма позволяет представить матрицу (2) в каноническом виде:Курсовая: Дискретный марковский процесс

,

где Курсовая: Дискретный марковский процесс - единичная

матрица; Курсовая: Дискретный марковский процесс - нулевая

матрица; Курсовая: Дискретный марковский процесс -

матрица, описывающая переходы в системе из невозвратного множества состояний в

поглощающее множество; Курсовая: Дискретный марковский процесс

- матрица, описывающая внутренние переходы в системе в невозвратном множестве

состояний.

На основании канонической формы (3) получена матрица, называемая

фундаментальной. Курсовая: Дискретный марковский процесс .

Матрица (4) - обратная матрица, то есть Курсовая: Дискретный марковский процесс Курсовая: Дискретный марковский процесс

После соответствующих преобразований матрица (4) примет вид: Курсовая: Дискретный марковский процесс

Каждый элемент матрицы (6) соответствует среднему числу раз попадания системы

в то или иное состояние до остановки процесса (поглощения).

Если необходимо получить общее среднее количество раз попадания системы в то или

иное состояние до поглощения, то фундаментальную матрицу М необходимо умножить

справа на вектор-столбец, элементами которого будут единицы, то есть Курсовая: Дискретный марковский процесс

, где Курсовая: Дискретный марковский процесс

Для иллюстрации приведем конкретный числовой пример: пусть известны значения

переходных вероятностей матрицы Курсовая: Дискретный марковский процесс

с одним поглощающим состоянием: P11 = 1; P12 = P13

= 0; P21 = 0,25; P22 = 0,5; P23 = 0,25; P

31 = 0,5; P32 = 0,5; P33 = 0.

Переходная матрица в блочной системе будет выглядеть так: Курсовая: Дискретный марковский процесс .

В данном случае Курсовая: Дискретный марковский процесс . Проделаем необходимые вычисления:

Курсовая: Дискретный марковский процесс ;

Курсовая: Дискретный марковский процесс ;

Курсовая: Дискретный марковский процесс .

В данном случае компоненты вектора Курсовая: Дискретный марковский процесс

означают, что если процесс начался с состояния S2 , общее среднее

число шагов процесса до поглощения будет равно 3,34 и, соответственно, если

процесс начинается с состояния S3 , то - 2,26.

В конкретных задачах, конечно, более информативным результатом будет не

количество шагов, а какие-либо временные или экономические показатели. Этот

результат легко получить, если связать пребывание в каждом состоянии с

соответствующими характеристиками. Очевидно, набор этих характеристик составит

вектор, на который нужно умножить Курсовая: Дискретный марковский процесс

слева.

Так, если задать в нашем примере время пребывания в состоянии S2 - t

2 = 20 час, а в состоянии S3 - t3 = 30 час, то общее

время до поглощения будет равно: Курсовая: Дискретный марковский процесс

час.

В случаях, когда Марковская цепь включает несколько поглощающих состояний,

возникают такие вопросы: в какое из поглощающих состояний цепь попадет раньше

(или позже); в каких из них процесс будет останавливаться чаще, а в каких -

реже? Оказывается, ответ на эти вопросы легко получить, если снова

воспользоваться фундаментальной матрицей.

Обозначим через bij вероятность того, что процесс завершится в

некотором поглощающем состоянии Sj при условии, что начальным было

состояние Si. Множество состояний bij снова снова

образует матрицу, строки которой соответствуют невозвратным состояниям, а

столбцы - всем поглощающим состояниям. В теории дискретных Марковских процессов

доказывается, что матрица В определяется следующим образом: Курсовая: Дискретный марковский процесс

, где

М - фундаментальная матрица с размерностью S;

R - блок фундаментальной матрицы с размерностью r.

Рассмотрим конкретный пример системы с четырьмя состояниями S1- S

4, две из которых - S1 , S2 - поглощающие, а две -

невозвратные: S3 и S4. Курсовая: Дискретный марковский процесс

Для наглядности и простоты вычислений обозначим переходные вероятности следующим

образом:

P11 = P22 = 1; P31 = P43 = q; P34 = P42 = P.

Остальные значения вероятностей будут нулевыми. Каноническая форма матрицы

перехода в этом случае будет выглядеть так: Курсовая: Дискретный марковский процесс

.

Фундаментальная матрица после вычислений примет вид: Курсовая: Дискретный марковский процесс .

Тогда, согласно формуле (7), матрица вероятностей поглощения вычисляется так: Курсовая: Дискретный марковский процесс .

Поясним вероятностный смысл полученной матрицы с помощью конкретных чисел. Пусть

p = 0,7 , а q = 0,3. Тогда, после подстановки полученных значений в матрицу В,

получим: Курсовая: Дискретный марковский процесс .

Таким образом, если процесс начался в S3, то вероятность попадания

его в S1 равна 0,38 , а в S2 - 0,62. Отметим одно

интересное обстоятельство: несмотря на то, что, казалось бы, левое поглощающее

состояние ("левая яма") находится рядом с S3, но вероятность

попадания в нее почти в два раза меньше, чем в "удаленную яму" - S2

. Этот интересный факт подмечен в теории дискретных Марковских процессов и

объясняется он тем, что p> q , то есть процесс имеет как бы "правый уклон".

Рассмотренная выше модель называется в теории дискретных Марковских процессов

моделью случайного блуждания. Такими моделями часто объясняются многие

физические и технические явления и даже поведение игроков во время различных

игр.

В частности, в рассмотренном примере объясняется факт того, что более сильный

игрок может дать заранее значительное преимущество ("фору") слабому

противнику и все равно его шансы на выигрыш будут более предпочтительными.

Кроме указанных выше средних характеристик вероятностного процесса с помощью

фундаментальной матрицы можно вычислить моменты и более высоких порядков. В

частности, дисперсия числа пребывания в том или ином состоянии - D определяется

с помощью следующей матрицы:Курсовая: Дискретный марковский процесс

, где

Курсовая: Дискретный марковский процесс - диагональная

матрица, т.е. матрица, полученная из М путем оставления в ней лишь диагональных

элементов и замены остальных элементов нулями. Например, приведенная выше

матрица (6) будет иметь вид:Курсовая: Дискретный марковский процесс

.

В свою очередь, матрица Курсовая: Дискретный марковский процесс

представляет собой матрицу, полученную из М путем возведения в квадрат каждого

ее элемента, то есть для (6) будем иметь: Курсовая: Дискретный марковский процесс

.[4]

Марковская неоднородная цепь.

Допустим, что в системе S протекает Марковский дискретный процесс с дискретным

временем. Пусть Курсовая: Дискретный марковский процесс -

возможные состояния системы S и Курсовая: Дискретный марковский процесс

- шаги, в которые система может перескакивать из состояния в состояние, то есть

иметь Марковскую цепь.

Марковская цепь называется неоднородной, если переходные вероятности (хотя бы

одна) зависят от номера шага k.

В этом случае переходные вероятности будем обозначать Курсовая: Дискретный марковский процесс

. Тогда и матрица переходных вероятностей будет зависеть от k:

Курсовая: Дискретный марковский процесс

, то есть матрица Курсовая: Дискретный марковский процесс при каждом Курсовая: Дискретный марковский процесс является стохастической.

Для неоднородной Марковской цепи вектор-строка вероятностей состояний Курсовая: Дискретный марковский процесс (1)

Для неоднородной Марковской цепи имеет место следующая формула:

Курсовая: Дискретный марковский процесс

(2)

У неоднородной Марковской цепи переходные вероятности Курсовая: Дискретный марковский процесс

(хотя бы одна из них) и, следовательно, матрица переходных вероятностей Курсовая: Дискретный марковский процесс

зависят от номера k.

Вероятности состояний Курсовая: Дискретный марковский процесс

неоднородной Марковской цепи на каждом шаге k вычисляется либо по реккурентной

формуле (1), либо по формуле (2) , где Курсовая: Дискретный марковский процесс

- вектор начального распределения вероятностей состояний системы. [1]

Дискретный Марковский случайный процесс с непрерывным временем.

Помимо случайных процессов с дискретным временем на практике достаточно часто

встречаются случайные процессы с непрерывным временем, при которых система

может менять свои состояния в любой случайный промежуток времени.

Пусть Курсовая: Дискретный марковский процесс - всевозможные

состояния системы S. Вероятность Курсовая: Дискретный марковский процесс

события Курсовая: Дискретный марковский процесс , состоящего

в том, что система S в момент времени t находится в состоянии Si,

называется вероятностью i-ого состояния системы в момент времени. Вероятность

состояния Курсовая: Дискретный марковский процесс

является, таким образом, вероятностной функцией времени Курсовая: Дискретный марковский процесс

.

Так как в любой момент времени t система S будет находиться только в одном из

состояний Курсовая: Дискретный марковский процесс , то

события Курсовая: Дискретный марковский процесс

несовместны и образуют полную группу. Поэтому имеет место нормировочное условие: Курсовая: Дискретный марковский процесс

.

Плотностью вероятности перехода системы S из состояния Курсовая: Дискретный марковский процесс

в состояние Курсовая: Дискретный марковский процесс в

момент времени t называется величина Курсовая: Дискретный марковский процесс

, откуда следует, что Курсовая: Дискретный марковский процесс

. Из определения плотностей вероятности перехода Курсовая: Дискретный марковский процесс

видно, что они в общем случае зависят от времени t, неотрицательны и в отличие

от вероятностей могут быть больше 1.

Если при любых Курсовая: Дискретный марковский процесс

плотности вероятностей переходов не зависят от времени t, и тогда вместо Курсовая: Дискретный марковский процесс

будем писать простоКурсовая: Дискретный марковский процесс ,

то Марковский процесс с непрерывным временем называется однородным. Если же

хотя бы при одной паре значений Курсовая: Дискретный марковский процесс

плотность вероятности перехода Курсовая: Дискретный марковский процесс

изменяется с течением времени t, процесс называется неоднородным.

Вероятности состояний Курсовая: Дискретный марковский процесс

(неизвестные вероятностные функции) являются решением следующей системы

дифференциальных уравнений: Курсовая: Дискретный марковский процесс

. Система представляет собой систему n обыкновенных линейных однородных

дифференциальных уравнений первого порядка с постоянными коэффициентами. Эта

система называется системой дифференциальных уравнений Колмогорова.

Составить систему Колмогорова удобно по одному из следующих правил:

I. Курсовая: Дискретный марковский процесс Курсовая: Дискретный марковский процесс

правило составления дифференциальных уравнений Колмогорова по размеченному графу

состояний. Для того чтобы составить дифференциальное уравнение Колмогорова для

функции Курсовая: Дискретный марковский процесс , надо в

левой части этого уравнения записать производную Курсовая: Дискретный марковский процесс

функции Курсовая: Дискретный марковский процесс , а в правой

части уравнения – произведение - Курсовая: Дискретный марковский процесс

суммы Курсовая: Дискретный марковский процесс плотностей

вероятностей переходов Курсовая: Дискретный марковский процесс

у стрелок, выходящих из состояния Si, на вероятность Курсовая: Дискретный марковский процесс

этого состояния со знаком минус, плюс сумму Курсовая: Дискретный марковский процесс

произведений Курсовая: Дискретный марковский процесс

плотностей вероятностей переходов Курсовая: Дискретный марковский процесс

, соответствующих стрелкам, входящим в состояние Si, на вероятности

состояний Курсовая: Дискретный марковский процесс , из

которых эти стрелки выходят. При этом плотности вероятностей переходов Курсовая: Дискретный марковский процесс

, соответствующие отсутствующим стрелкам на графе, равны 0.

II. Правило составления дифференциальных уравнений

Колмогорова по матрице плотностей вероятностей переходов. Для составления

дифференциального уравнения Колмогорова для функции Курсовая: Дискретный марковский процесс

надо в левой части уравнения записать производную Курсовая: Дискретный марковский процесс

функции Курсовая: Дискретный марковский процесс , а в правой

части уравнения – произведение - Курсовая: Дискретный марковский процесс

суммы Курсовая: Дискретный марковский процесс элементов Курсовая: Дискретный марковский процесс

i-ой строки матрицы Курсовая: Дискретный марковский процесс

плотностей вероятностей на вероятность Курсовая: Дискретный марковский процесс

состояния Si (номер которой совпадает с номером взятой строки) со

знаком минус, плюс сумму Курсовая: Дискретный марковский процесс

произведений Курсовая: Дискретный марковский процесс

элементов i-ого столбца на соответствующие им вероятности Курсовая: Дискретный марковский процесс

. Система дифференциальных уравнений Колмогорова составленная, например, по

матрице плотностей вероятностей переходов Курсовая: Дискретный марковский процесс

имеет следующий вид: Курсовая: Дискретный марковский процесс Курсовая: Дискретный марковский процесс

.

Итак, составлять систему дифференциальных уравнений Колмогорова можно либо по

размеченному графу состояний, либо по матрице плотностей вероятностей

переходов. [4]

Пуассоновский стационарный (простейший) поток событий.

При изучении дискретных случайных процессов с непрерывным временем в

экономической практике полезным оказывается рассмотрение так называемых

«потоков событий». Потоком событий называется последовательность событий,

наступающих одно за другим в какие-то, вообще говоря, случайные моменты

времени.

События в потоке называются однородными, если их различают только по моментам

их наступления, и неоднородными – в противном случае, то есть если

различимость событий в потоке помимо моментов их наступления осуществляется

еще по каким-нибудь их свойствам.

Поток называется регулярным, если события в нем наступают последовательно

через строго определенные промежутки времени.

Поток называется потоком без последствия (или потоком без памяти), если для

любой пары непересекающихся промежутков времени число событий, наступающих за

один из них, не зависит от числа событий, наступающих за другой.

Поток событий называется ординарным, если вероятность наступления за

элементарный (малый) промежуток времени более одного события можно пренебречь

по сравнению с вероятностью наступления за этот промежуток времени не более

одного события. Ординарность потока означает, что события в нем за достаточно

малый промежуток времени либо не наступили, либо наступают по одному, а не по

несколько.

Поток событий называется стационарным, если вероятность наступления того или

иного числа событий за какой-либо промежуток времени зависит только длины

этого промежутка и не зависит от момента его начала. Стационарность потока

означает, что его вероятностные характеристики не зависят от времени, то есть

не изменяются с течением времени.

Поток событий, обладающий свойствами отсутствия последствий и ординарности,

называется пуассоновским. Стационарный пуассоновский поток называется

простейшим. Среднее число событий потока наступающих в единицу времени,

называется интенсивностью или средней плотностью потока. Интенсивность

простейшего потока не изменяется с течением времени Курсовая: Дискретный марковский процесс

.[4]

Одной из важных характеристик потока является дискретная случайная величина Курсовая: Дискретный марковский процесс

, представляющая собой число событий, наступающих за промежуток времени Курсовая: Дискретный марковский процесс

. Пусть Курсовая: Дискретный марковский процесс -

вероятность того, что за промежуток времени Курсовая: Дискретный марковский процесс

в потоке наступят точно m событий: Курсовая: Дискретный марковский процесс

, его математическое ожидание Курсовая: Дискретный марковский процесс

и дисперсия равны Курсовая: Дискретный марковский процесс Курсовая: Дискретный марковский процесс

, а среднее квадратическое отклонение равно Курсовая: Дискретный марковский процесс

.

Другой важной характеристикой является непрерывная случайная величина T -

промежуток времени между двумя любыми соседними событиями потока. Аналитические

выражения основных характеристик случайной величины T даются в следующей

теореме. В простейшем потоке с интенсивностью Курсовая: Дискретный марковский процесс

для случайной величины T:

1) Интегральная функция распределения Курсовая: Дискретный марковский процесс

, то есть вероятность Курсовая: Дискретный марковский процесс

события Курсовая: Дискретный марковский процесс , состоящего

в том, что промежуток времени T между двумя любыми соседними событиями будет

меньше t, равна Курсовая: Дискретный марковский процесс .

2) Дифференциальная функция распределения (или плотность распределения)

равнаКурсовая: Дискретный марковский процесс .

3) Математическое ожидание равно Курсовая: Дискретный марковский процесс .

4) Дисперсия Курсовая: Дискретный марковский процесс .

5) Среднее квадратическое отклонение Курсовая: Дискретный марковский процесс .[1]

Экономическое применение.

Современные финансово – банковские операции часто предполагают не отдельные

или разовые платежи, а некоторую их последовательность во времени, например

погашение задолженности в рассрочку, периодическое поступление доходов от

инвестиций, выплаты пенсии. Такого рода последовательность, или ряд платежей,

называют потоком платежей.

Поток платежей все члены которого – положительные величины, а временные

интервалы между платежами одинаковы, называют финансовой рентой, или просто

рентой. Так, например рентой является последовательность получения процентов

по облигациям, платежи по потребительскому кредиту, выплаты в рассрочку

страховых премий. Иногда подобного рода платежи называют аннуитетом, что,

строго говоря, применительно только к ежегодным выплатам.

Обобщающие поток платежей характеристики, особенно интервал между двумя

соседними платежами и вероятности выплаты платежа, широко применяются в

различных финансовых расчетах. Так без них, например, невозможно разработать

план последовательного погашения задолженности, измерить финансовую

эффективность проекта, осуществить сравнение или безубыточное изменение

условий контрактов, решать многие другие практические проблемы. [5]

Рассмотрим общую постановку задачи. Допустим для анализа изменения с течением

времени размера текущего фонда банка, занимающегося выдачей долгосрочных

ссуд, важно обладать информацией о процессе поступления в банк выплат по

займам.

Наблюдение за банком в предшествующем периоде показало, что число поступающих в

банк выплат за любой промежуток времени длинной Курсовая: Дискретный марковский процесс

не зависит от момента времени с которого начался отсчет промежутка времени Курсовая: Дискретный марковский процесс

, а зависит только от его продолжительности. Ожидаемое число выплат в банк за

неделю равно 2. исследуем какова вероятность поступления в банк за месяц 7

выплат и найдем вероятность того, что интервал времени между двумя соседними

выплатами меньше 2 дней.

Обозначим поток выплат по займам через Курсовая: Дискретный марковский процесс :

1. Курсовая: Дискретный марковский процесс месяц = 4 недели и Курсовая: Дискретный марковский процесс , тогда Курсовая: Дискретный марковский процесс

2. вероятность Курсовая: Дискретный марковский процесс [4]

Для современной российской экономики весьма актуальна проблематика

математического моделирования как дисциплины, ориентированной на

проектирование, внедрение и сопровождение финансовых инноваций: новых

финансовых стратегий, инструментов и процессов. Это объясняется резкой

трансформацией хозяйственного уклада России и острой потребностью в новых

финансовых технологиях. Так, применяя математический аппарат исследования

операций, разработана технология управления портфелем ценных бумаг в динамике

в предположении, что изменение цен на бумаги от сессии к сессии описывается в

виде Марковского процесса с дискретным временем и заданной глубиной памяти,

при использовании локально-оптимальных стратегий; реализация стратегии за год

практических расчетов на примере государственных краткосрочных облигаций

(ГКО) обеспечила доходность в среднем 14% в месяц за год при 8.44% в месяц у

портфеля в среднем по рынку. Управление инвестиционным портфелем является

типичной задачей исследования операций. В ней присутствуют все атрибуты

канонической постановки:

· цель операции носит многокритериальный характер (ожидаемый выигрыш,

риск, ликвидность и т.п.);

· процесс развивается в динамике;

· цены - неопределенный фактор;

· инвестор - оперирующая сторона;

· аналитик - исследователь операции;

· трейдер - исполнительное лицо оперирующей стороны;

· внешняя среда - другие участники торгов;

· инфраструктура рынка (общие экономические и институциональные

ограничения, структура биржи и т.д.). В последующем изложении приняты

следующие основные допущения:

· динамика цен на обращаемые бумаги рассматривается как случайный

марковский процесс с дискретным временем;

· исходная задача формулируется в классе однокритериальных задач:

критерий - математическое ожидание дохода. Проблема ликвидности не носит

ограничительного характера. Динамика цен такова, что игрокам не грозит

разорение, и риски, связанные с выбором управления, на каждом отдельном шаге

компенсируются длительностью периода управления;

· управляющим параметром является текущая структура портфеля, т.е.

текущее распределение капитала между различными видами ценных бумаг.

Объектом исследования служил вторичный рынок ГКО. Однако установленный для

сформулированной задачи фундаментальный факт (в процессе управления достаточно

ограничиться простыми стратегиями, а именно портфелями, состоящими из одной

наиболее <перспективной> на данном шаге бумаги) верен для широкого класса

однокритериальных портфельных задач. Специфика рассматриваемого объекта

проявилась в моделировании стохастического процесса изменения цен. При

обработке статистического материала было выявлено, что в каждый отдельный

момент времени цены на облигации разных выпусков взаимосвязаны и на графике

<срок до погашения - цена> располагаются около некоторой теоретической

кривой, которую достаточно успешно можно описывать квадратичной функцией

(изложение процедуры прогнозирования и принятия решений см. ниже:

<Конкретизация модели вероятности процесса и алгоритма управления>).

Как показали ретроспективный анализ и опыт проведения сделок в 1996-1997 гг.,

эффективность данного управления, приведенная к периоду месяц, примерно на

2/3 выше оценки средней эффективности рынка, что представляется очень хорошим

результатом. Еще большей эффективности можно было бы ожидать в случае синтеза

излагаемого здесь чисто формального алгоритма с идеями управления,

основанного на макроэкономическом прогнозе.

Что касается возможности применения данной конструкции на других рынках, то

все определяется конкретной спецификой того или иного сегмента рынка.

Впрочем, нет сомнений, что теория принятия решений всегда в состоянии

предложить эффективные решения адекватно экономическому объекту, ставшему

предметом ее изучения. [6]

Литература:

1. Бережная Е.В. Математические методы моделирования экономических

систем. Финансы и статистика, 2001

2. Гмурман В.Е. Руководство к решению задач по теории вероятностей и

математической статистике: Учебное пособие для вузов. - М.: Высш. шк., 1999

3. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. Учеб.

пособие для вузов. - М.: Высшая школа, 1998

4. Лабскер Л.Г. Вероятностное моделирование в финансово-экономической

области. Альпина Паблишер, 2002

5. Четыркин У.М. Финансовая математика. Дело, 2001

6. Издательский Дом РЦБ - Агентство Деловых Связей 2003

Приложение.


© 2007
Использовании материалов
запрещено.