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¿Cuál es la probabilidad de que dos caminantes al azar se encuentren?

Es un resultado bien conocido que un paseo aleatorio sobre una red 2D volverá al origen véase la constante del paseo aleatorio de Polya . Basándonos en esto, no es difícil concluir que el paseo aleatorio visitará cada punto del plano con probabilidad 1. Un poco más sorprendente es el hecho de que esto no es cierto en dimensiones superiores (véase el enlace anterior).

Mi pregunta es la siguiente: ¿Cuál es la probabilidad de que dos paseos aleatorios con orígenes distintos lleguen al mismo punto tras el mismo número de pasos?

Creo que está bastante claro que la respuesta dependerá de la distancia entre los orígenes de los paseos. Hasta ahora, he estado tratando de reducir esto a un problema de una caminata aleatoria en un enrejado de mayor dimensión, pero no estoy seguro de si este es un buen enfoque.

En caso de que la respuesta sea obvia, este problema es fácil de generalizar (entramados de mayor dimensión, más paseos aleatorios, etc.). Agradecería una referencia o dos donde pueda aprender más.

Gracias

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Sergio Acosta Puntos 6450

La diferencia entre las posiciones es otro paseo aleatorio en la misma dimensión. Se puede considerar que los pasos son diferentes, o bien se puede muestrear un paseo aleatorio en tiempos pares. Entonces, la probabilidad es $0$ si la reunión se descarta por paridad, y $1$ en el plano si la reunión es posible.

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Curt Puntos 302

Creo que esto equivale a que uno de los caminantes se quede quieto y el otro dé dos pasos cada vez.

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grunwald2.0 Puntos 142

En primer lugar, si los paseos se realizan sobre una cuadrícula cartesiana, se produce una bipartición de la red en 2 subconjuntos (digamos A y B) de sitios, cada uno formado por los vecinos de otros. Los 2 caminantes permanecen en conjuntos A y B diferentes si empiezan en conjuntos diferentes, de modo que la probabilidad de encontrarse en el mismo sitio es 0, como ya ha señalado D. Zare. Si se utiliza una rejilla no bipartita (por ejemplo, la rejilla triangular) para el paseo aleatorio, entonces esta cualificación no se aplicaría.

En segundo lugar, en 1 dim comenzando en el mismo (digamos par) subconjunto de sitios, el par de caminantes es equivalente a un único paseo dando pasos de -2, 0, o +2 con probabilidades respectivas 1/4, 1/2, 1/4 -- y la cuestión se reduce a si este nuevo único paseo llegará alguna vez al origen (dado que la distancia inicial desde el origen es par). La prueba de Polya nos dice que este nuevo paseo llegará al origen con certeza final.

En tercer lugar, en 2 dim comenzando en el mismo subconjunto de sitios, el par de caminantes (original) es equivalente a un solo paseo dando pasos de tamaños apropiados -- si el paso para el caminante original 1 es s(1) y para el caminante original 2 es s(2), con probabilidad conjunta (1/4)x(1/4), entonces el nuevo paseo da un paso S con una probabilidad que es 1/16 veces el número de pares (ordenados) s(1) & s(2) que se suman para dar S. De nuevo la prueba de Polya nos dice que la probabilidad última de que el nuevo paseo llegue al origen es 1.

En dimensiones más altas, la probabilidad de seguir de nuevo a Polya es estrictamente inferior a 1.

La idea es que la prueba de Polya es robusta bajo ciertas modificaciones del paseo aleatorio. En 2-dim el paseo puede ser modificado para tener diferentes probabilidades para los pasos horizontales y verticales - o pasos diagonales también se puede permitir (aunque entonces las consideraciones de "paridad" no se aplican). Sin embargo, la prueba de Polya falla si el paseo recibe un sesgo de "inversión no simétrica", es decir, con diferentes probabilidades en las direcciones este y oeste (o norte y sur). También me parece que si el paseo es sobre una rejilla fractal, que el retorno cierto debería ser para dim menor o igual a 2, mientras que el retorno incierto debería aplicarse para dim 2+eps para todos los eps>0. Las cuestiones de lo que ocurre con una rejilla cartesiana para la que los bordes se eliminan aleatoriamente (con cierta probabilidad p) también parece interesante -- y creo que tal vez se ha considerado en relación con la "teoría de la percolación".

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JamesRyan Puntos 167

Como en el caso anterior, particione todos los puntos de la red en dos conjuntos (par vs. impar) en función de la distancia Manhattan del punto desde el punto de origen de la red en la que se produce el paseo aleatorio. Si el caminante A y el caminante B comienzan ambos en la partición impar o ambos comienzan en la partición par, entonces dado un tiempo infinito, y dado que cada caminante debe moverse un paso con probabilidad 1/4 para las direcciones N-E-S-O para cada paso de tiempo, entonces finalmente los dos caminantes ocuparán en algún momento el mismo punto de la red. Si al inicio, el caminante A comienza en la partición impar y el caminante B comienza en la partición par (o viceversa, el caminante A comienza en par, el caminante B comienza en impar), entonces la probabilidad de que ocupen el mismo punto de la red es cero.

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GhostLake Puntos 21

Si sus "pasos" corresponden al tiempo, entonces esto es como preguntar por el tiempo de una reacción química de difusión limitada de dos partículas, A+A->B. Hay un artículo sobre este problema de David Torney, de 1983; puede serte útil en su planteamiento. Dave Dunlap http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/j100234a023

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