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马尔可夫分析法马尔可夫分析法是俄国数学家马尔可夫在1907年提出, 并由蒙特·卡罗加以发展而建立起的一种分析方法。
它主要用于分析随机事件未来发展变化的趋势, 即利用某一变量的现在状态和动向去预测该变量未来的状态及动向, 以便采取相应的对策。
1马尔可夫过程及马尔可夫链 [3]定义1设随机序列{X(n) ,n=0, 1, 2, …}的离散状态空间为E, 若对于任意m个非负整数n1,n2, …,nm(0≤n1<n2<…<nm) 和任意自然数k, 以及任意i1,i2, …,im,j∈E满足 [3]P{X(nm+k) =j|X(n1) =i1,X(n2) =i2, …,X(nm)=im}=P{X(nm+k) =j|X(nm) =im} (1) [3]则称X(n) ,n=0, 1, 2, …}为马尔可夫链。
[3]在式(1) 中, 如果nm表示现在时刻,n1,n2, …,nm-1表示过去时刻,nm+k表示将来时刻, 那么此式表明过程在将来nm+k时刻处于状态j仅依赖于现在nm时刻的状态im, 而与过去m-1个时刻n1,n2, …,nm-1所处的状态无关, 该特性称为马尔可夫性或无后效性。
式(1) 给出了无后效性的表达式。
[3]2齐次马尔可夫链和k步转移概率 [3]P{X(nm+k) =j|X(nm) =im},k≥1称之为马尔可夫链在n时刻的k 步转移概率, 记为Pij(n,n+k) 。
转移概率表示已知n时刻处于状态i, 经k个单位时间后处于状态j的概率。
若转移概率Pij(n,n+k) 是不依赖于n的马尔科夫链, 则称为齐次马尔可夫链。
这种状态只与转移出发状态i、转移步数k及转移到达状态j有关, 而与n无关。
此时,k 步转移概率可记为Pij(k) , 即 [3]Pij(k) =Pij(n,n+k) =P{X(n+k) =j|X(n) =i},k>0 (2) [3]式中,0≤Ρij(k)≤1,∑j∈EΡij(k)=10≤Ρij(k)≤1,∑j∈EΡij(k)=1。
马尔可夫模型是一种用来描述随机过程的数学模型，它可以用来预测未来的状态或事件。
在网络数据分析中，马尔可夫模型可以用来分析用户行为、网络流量、社交网络传播等方面。
下面将介绍如何利用马尔可夫模型进行网络数据分析，包括模型原理、应用案例和未来发展方向。
马尔可夫模型是一种描述随机过程的数学模型，它假设系统的未来状态只与当前状态有关，与过去状态无关。
这种假设在网络数据分析中有着广泛的应用，比如在用户行为分析中，可以用马尔可夫模型来预测用户下一步的行为，从而提高推荐系统的准确度；在网络流量分析中，可以用马尔可夫模型来预测网络流量的变化趋势，从而优化网络资源的分配。
在实际应用中，马尔可夫模型通常分为有限状态马尔可夫模型和隐马尔可夫模型两种形式。
有限状态马尔可夫模型假设系统的状态是有限的，每个状态之间存在状态转移的概率；而隐马尔可夫模型假设系统的状态是不可观测的，只能通过观测到的结果来推断系统的状态。
这两种模型都在网络数据分析中有着重要的应用。
在用户行为分析中，可以利用有限状态马尔可夫模型来建模用户的行为轨迹，从而预测用户下一步的行为。
比如在电子商务网站中，可以根据用户的浏览、搜索、点击等行为来建立马尔可夫模型，从而根据用户当前的状态来预测用户下一步可能感兴趣的商品，从而提高推荐系统的准确度。
在这个案例中，用户的行为可以看作是系统的状态，而用户之间的行为转移可以看作是状态之间的转移概率。
在网络流量分析中，可以利用隐马尔可夫模型来建模网络流量的变化趋势，从而预测网络流量的未来状态。
比如在网络运营商中，可以根据历史网络流量数据来建立隐马尔可夫模型，从而根据当前的网络流量观测值来预测未来网络流量的变化趋势，从而优化网络资源的分配。
在这个案例中，网络流量的变化可以看作是系统的状态，而观测到的网络流量数据可以看作是系统状态的观测值。
总的来说，马尔可夫模型在网络数据分析中有着重要的应用，可以用来预测用户行为、网络流量变化等方面。
1、 已知马氏链X 的状态空间I={0,1,2,3}及一步转移概率矩阵为1100221000120033110022⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦求其平稳分布 解：由=ππP 及31i i π==∑得001310222333011221123213201i i ππππππππππππ=⎧=++⎪⎪⎪=+⎪⎪⎪=+⎨⎪=⎪⎪⎪=⎪⎪⎩∑ 求解得012321,,0.33ππππ====2、 已知6月底，甲乙丙3种型号的某商品在某地区有相同的销售额。
7月份甲保持原有客户的60%，分别获得乙丙的客户15%和30%；乙保持原有顾客的70%，分别获得甲丙顾客的10%和20%；丙保持原有顾客的50%，分别获得甲乙顾客的30%和15%。
求8月份初各型号商品的占有率及稳定状态时的占有率。
解：由于6月份甲乙丙有相同的销售额，故在市场的占有率为（1/3，1/3，1/3）；7月份的转移概率矩阵为0.60.10.30.150.70.150.30.20.5⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦故8月初各商品的占有率为0.60.10.3111(,,)=0.150.70.15(0.350,0.333,0.317)3330.30.20.5p p p ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦甲乙丙（，，）由=ππP 及31i i π==∑得1123212331231230.60.150.30.10.70.20.30.150.51πππππππππππππππ=++⎧⎪=++⎪⎨=++⎪⎪++=⎩ 解得 1230.359,0.327,0.314.πππ===3. 110.10.050.850.050.050.90.030.050.920.950.010.04R ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦4110.66860.18580.00.00040.01150.13370.89670.092000.00050.01080.95800.0417000.000.00030.98960.01040.0R ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦一年级学生四年内退学概率为0.1858 4.（1）初始概率矩阵稳态概率为（0.2778，0.3889，0.3333） （2）广告后的稳态概率（0.3333，0.3333，0.3333），（0.4375，0.25，0.3125） 5.0.40.30.30.30.50.20.20.30.5R ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦平稳概率（0.2969，0.375，0.3281）6. 已知随机游动的质点构成一个马氏链，其状态空间为I={1，2，3，4，5}，而一步转移概率矩阵为11116231116231116231P ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦试求质点从状态2出发，分别被吸收于状态1、状态5的概率。
案例九 马尔科夫预测一、 市场占有率的预测重点例1：在北京地区销售鲜牛奶主要由三个厂家提供。
分别用1，2，3表示。
去年12月份对2000名消费者进行调查。
购买厂家1，2和3产品的消费者分别为800，600和600。
同时得到转移频率矩阵为：3202402403601806036060180N ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭其中第一行表示，在12月份购买厂家1产品的800个消费者中，有320名消费者继续购买厂家1的 产品。
转向购买厂家2和3产品的消费者都是240人。
N 的第二行与第三行的含义同第一行。
（1） 试对三个厂家1~7月份的市场占有率进行预测。
（2） 试求均衡状态时，各厂家的市场占有率。
解：（1）用800，600和600分别除以2000，得到去年12月份各厂家的市场占有率，即初始分布0(0.4,0.3,0.3)p =。
用800，600和600分别去除矩阵N 的第一行、第二行和第三行的各元素，得状态转移矩阵：0.40.30.30.60.30.10.60.10.3P ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭于是，第k 月的绝对分布，或第 月的市场占有率为：00()(1,2,3,,7)k k P p P k p P =⋅=1k =时，()()10.40.30.30.40.30.30.60.30.10.520.240.240.60.10.3p ⎛⎫⎪== ⎪ ⎪⎝⎭2k =时，()()()220.40.30.30.520.240.240.4960.2520.252p P P ===3k =时,()()()330.40.30.30.4960.2520.2520.50080.24960.2496p P P === 类似的可以计算出4p ，5p ，6p 和7p 。
现将计算结果绘制成市场占有率变动表，如表所示：从表中可以看到，厂家1的市场占有率随时间的推移逐渐稳定在50%，而厂家2和厂家3的市场占有率随都逐渐稳定在25%.由于转移概率矩阵P 是正规矩阵，因此P 有唯一的均衡点μ。
特殊预测法：马尔可夫分析法定义：马尔可夫分析法是应用俄国数学家马尔可夫发现系统状态概率转移过程规律的数学方程，通过分析随机变量的现时变化情况，预测这些变量未来变化趋势及可能结果，为决策者提供决策信息的一种分析方法。
•单个生产厂家的产品在同类商品总额中所占的比率，称为该厂产品的市场占有率。
在激烈的竞争中，市场占有率随产品的质量、消费者的偏好以及企业的促销作用等因素而发生变化，企业在对产品种类与经营方向做出决策时，需要预测各种商品之间不断转移的市场占有率。
•市场占有率的预测可采用马尔可夫分析法，也就是运用转移概率矩阵对市场占有率进行市场趋势分析的方法。
俄国数学家马尔可夫在20世纪初发现：一个系统的某些因素在转移中，第N次结果只受第N－1次结果影响，只与当前所处状态有关，与其他无关。
例如：研究一个商店的累计销售额，如果现在时刻的累计销售额已知，则未来某一时刻的累计销售额与现在时刻以前的任一时刻的累计销售额都无关。
•在马尔可夫分析中，引入状态转移这个概念。
所谓状态是指客观事物可能出现或存在的状态；状态转移是指客观事物由一种状态转移到另一种状态的概率。
•马尔可夫分析法的一般步骤为：•1、调查目前的市场占有率情况；•2、调查消费者购买产品时的变动情况；•3、建立数学模型；•【•4、预测未来市场的占有率。
例一：一个800户居民点，提供服务的A、B、C三家副食品店，从产品、服务等方面展开竞争，各自原有稳定的居民户购买者开始出现了变化。
经过调查获得上月与本月三家商店的居民资料如表1；两个月中三商店都失去一些客户，同时也都赢得了一些客户，其转移变化资料如表2。
用马尔科夫法预测稳定状态下三商店的市场占有率。
表1表2例二：假定某小区有1000户居民，每户居民每月用一块香皂，并且只购买A牌、B牌、C牌。
8月份使用A牌香皂居民有500户，使用B 牌居民有200户，使用C牌居民有300户。
据调查9月份使用A牌香皂仍在使用的有360户，50户表示要改买B牌，90户表示要改买C牌；在使用B牌的用户中，120户仍在使用B牌，表示改买A牌的有40户，改买C牌的有40户；在使用C牌的用户中，表示仍在使用的有230户，有30户表示改买A牌，有40户表示改买C牌。
马尔可夫模型简介马尔可夫模型（Markov Model）是一种描述随机过程的数学模型，它基于“马尔可夫性质”假设，即未来的状态只与当前状态有关，与过去的状态无关。
马尔可夫模型在许多领域中得到了广泛的应用，如自然语言处理、机器学习、金融等。
历史发展马尔可夫模型最早由俄国数学家马尔可夫在20世纪初提出。
马尔可夫通过研究字母在俄文中的出现概率，发现了一种有规律的模式，即某个字母出现的概率只与之前的字母有关。
他将这种模式抽象为数学模型，即马尔可夫模型。
后来，马尔可夫模型被广泛应用于其他领域，并得到了不断的发展和完善。
基本概念状态（State）在马尔可夫模型中，状态是指系统可能处于的一种情况或状态。
每个状态都有一个特定的概率，表示系统处于该状态的可能性。
状态可以是离散的，也可以是连续的。
例如，对于天气预测，状态可以是“晴天”、“阴天”、“雨天”等。
转移概率（Transition Probability）转移概率表示从一个状态转移到另一个状态的概率。
在马尔可夫模型中，转移概率可以用转移矩阵表示，其中每个元素表示从一个状态转移到另一个状态的概率。
例如，对于天气预测，转移概率可以表示为：晴天阴天雨天晴天0.6 0.3 0.1阴天0.4 0.4 0.2雨天0.2 0.3 0.5上述转移矩阵表示了从一个天气状态到另一个天气状态的转移概率。
初始概率（Initial Probability）初始概率表示系统在初始时刻处于每个状态的概率。
它可以用一个向量表示，向量中每个元素表示系统处于对应状态的概率。
例如，对于天气预测，初始概率可以表示为：晴天阴天雨天0.3 0.4 0.3上述向量表示了系统初始时刻处于不同天气状态的概率。
观测概率（Observation Probability）观测概率表示系统处于某个状态时观测到某个观测值的概率。
观测概率可以用观测矩阵表示，其中每个元素表示系统处于某个状态观测到某个观测值的概率。
例如，对于天气预测，观测概率可以表示为：晴天阴天雨天温度高0.7 0.2 0.1温度低0.3 0.6 0.1上述观测矩阵表示了在不同天气状态下观测到不同温度的概率。
