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Proceso de distribución de Poisson

Los meteoritos golpea la superficie de la luna, tratar como un plano infinito.

Los meteoritos que han caído en la luna durante los últimos 1 millón de años puede ser modelado como un proceso de Poisson con intensidad constante lambda.

Suponga que cada meteorito deja un cráter circular de azar radio, y los cráteres' radios son yo.yo.d. a partir de una distribución que tiene una densidad de f. Suponga que f(r) = 0 para r sucientemente grande. Para un delimitada (Borel) Un conjunto, vamos a V (a) el área de Una que no está cubierto por un cráter a partir de un meteorito que golpeó en los últimos millones de años.

Dado que este es un proceso de Poisson, ¿cómo podemos obtener la

E(Área de Un no cubiertos por un cráter de un meteorito que golpeó en los últimos millones de años)

y el Var(Área de Un no cubiertos por un cráter de un meteorito que golpeó en los últimos millones de años)

He de hacer notar que E(X) = 1/p

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Nikolai Prokoschenko Puntos 2507

Yo no estoy contento con su notación, pero una forma de hacerlo es buscar en un anillo de radio interior $r$ y radio exterior $r+\delta r$ (y por lo tanto de la superficie sobre la $2 \pi r \delta r$ en el límite), calcular la probabilidad de que el anillo no está golpeado o que está pegado y todos los meteoritos golpear el anillo (que se reduce a 1 en el límite) dejar un cráter de radio de menos de $r$. Esta es la probabilidad de que el centro del anillo no está cubierto por un cráter causado por un golpe en el anillo.

Ahora quiere multiplicar todos los diferentes tonos de probabilidades juntos. Una forma de hacerlo es mediante la suma de los logaritmos de las probabilidades y, a continuación, tomar el anti-logaritmo, por lo que en el límite de integrar los logaritmos de las probabilidades más de $r$ y tomar el anti-logaritmo.

Que le dará la probabilidad de que un punto en particular no está cubierto por un cráter, y así la espera fracción de $A$ que no está cubierto por un cráter. La varianza es más difícil.

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Did Puntos 1

Hay un largo camino para calcular la expectativa de la parte no cubierta de la zona, y un camino más corto. Ambos caminos de inicio con el conjunto aleatorio $C$ de los puntos del plano que no están cubiertos por un meteorito y con la expresión $$ \mathrm E(|A\cap C|)=\mathrm E\int_A[x\in C]\,\mathrm dx=\int_A\mathrm P(x\in C)\mathrm dx=p\,|A|, $$ con $p=\mathrm P(0\in C)$ desde la invariancia por la traducción de la meteorito proceso muestra que el $\mathrm P(x\in C)$ no depende de $x$. Por lo tanto la tarea es calcular los $p$.

El largo camino: Vamos a $\mathcal M$ denotar el conjunto aleatorio de los centros de meteoritos. Deje $\mathcal R=(R(x))_{x\in\mathcal M}$ donde, para cada $x$ en $\mathcal M$, $R(x)$ denota el radio de la meteorito centrado en $x$. A continuación, $$ \mathrm P(0\C\mid \mathcal M,\mathcal R)=\prod_{x\in \mathcal M}[R(x)\lt\|x\|], $$ por lo tanto, desde condicionalmente en $\mathcal M$, $\mathcal R$ es una colección de yo.yo.d. variables aleatorias, $$ \mathrm P(0\C\mid \mathcal M)=\prod_{x\in \mathcal M}\mathrm P(R\lt\|x\|), $$ donde $R$ denota cualquier variable aleatoria distribuida como los radios $R(x)$.

Ahora entra en juego la hipótesis de que la $R$ es casi seguramente acotado, dicen por $r$. A continuación, el producto de más de $x$ $\mathcal M$ puede ser restringido a un producto a lo largo del $\mathcal M\cap B$ donde $B=\{x\mid\|x\|\leqslant r\}$. Este nuevo proceso de Poisson tiene la intensidad total $\mu=\lambda\pi r^2$ y, de forma condicional en su tamaño, sus puntos están distribuidos de manera uniforme en $B$. Por lo tanto, $$ \mathrm P(0\C)=\sum_{n\geqslant0}\mathrm e^{-\mu}\frac{\mu^n}{n!}\int_{B^n}\prod_{k=1}^n\mathrm P(R\lt\|x_k\|)\cdot\prod_{k=1}^n\frac{\mathrm dx_k}{\pi r^2}. $$ La integral sobre la $B^n$ es un producto, por lo tanto $p=\mathrm e^{-\mu+\mu J/(\pi r^2)}$, con $$ J=\int_{B}\mathrm P(R\lt\|x\|)\mathrm dx=\mathrm E\int_B[R\lt\|x\|]\mathrm dx=\mathrm E(\pi r^2-\pi R^2). $$ Finalmente, $$ p=\mathrm e^{-\lambda\pi\mathrm E(R^2)},\quad\text{por lo tanto}\quad\color{red}{\mathrm E(|A\cap C|)=\mathrm e^{-\lambda\pi\mathrm E(R^2)}\,|A|}. $$ El camino más corto: Considerar el proceso de los centros de los meteoritos que cubre el punto de $0$. Este es un heterogéneas proceso de Poisson, que se obtiene por un adelgazamiento de la original proceso de Poisson, donde se mantiene un punto de $x$ con una probabilidad de $\mathrm P(R\gt\|x\|)$. Por lo tanto la intensidad en $x$ de la diluido proceso de Poisson es $\lambda(x)=\lambda\mathrm P(R\gt\|x\|)$ y su intensidad total es $$ \nu=\int_{\mathbb R^n}\lambda(x)\mathrm dx=\lambda\int_{\mathbb R^n}\mathrm P(R\gt\|x\|)\mathrm dx=\lambda\mathrm E\int[R\gt\|x\|]\mathrm dx=\lambda\mathrm E(\pi R^2), $$ Para concluir, se observa que la $0$ no está cubierto si y sólo si el enrarecido proceso de Poisson está vacío, y que esto ocurre con una probabilidad de $\mathrm e^{-\nu}$.

Nota: El argumento anterior se extiende a cualquier distribución de $R$. Esto muestra que $\mathrm E(|A\cap C|)$ siempre es dado por la fórmula anterior. Por lo tanto, si $R^2$ es integrable, $|A\cap C|$ tiene medida positiva con probabilidad positiva, para cada $A$ de medida positiva, pero, si $R^2$ no es integrable, $|C|=0$ casi seguramente.

Lo mismo se aplica a cualquier dimensión y en cualquier objetos al azar en lugar de discos. La condición para comprobar en este ajuste ampliado es si el azar volumen $V$ de estos objetos es integrable o no, y la fórmula para cualquier punto de $x$ del espacio no cubierto se convierte en $$ \color{color púrpura}{\mathrm P(x\in C)=\mathrm e^{-\lambda\mathrm E(V)}}. $$

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