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Processus stochastique

Posté par
toureissa
06-09-23 à 00:38

Bonjour à tous,
J'ai besoin d'aide sur cet exercice.
Exercice :

On considère la marche aléatoire sur les entiers avec probabilités de transition données par:

Pi,i+1=p. Pi,i-1=1-p,
.avec 0<P<1.
(a) Déterminer P_{ij}^{(n)} et en déduire que tous les états communiquent entre eux.

(b) Montrer que les états de la marche aléatoire ne peuvent être récurrents positifs en utilisant la formule de Stirling.

Pour la question la matrice est un peu complexe que je n'y arrive pas élever en puissance. Je ne vois pas un astuce Particulier pour y arriver.

Merci de m'aider

Posté par
carpediem
re : Processus stochastique 06-09-23 à 08:45

salut

un p, un P, une matrice ... mais qui sont-ils ?

et pourquoi l'exposant entre parenthèses ?

un énoncé bien incomplet ...

Posté par
toureissa
re : Processus stochastique 06-09-23 à 13:55

C'est vrai, on a 0<p<1. p est la proba de transition de i à i+1. P est la matrice de transition de la chaîne. Quant P(n) c'est la matrice de transition en n pas qui correspond à Pn. Donc en quelques sorte je dois calculer Pn.

Posté par
Ulmiere
re : Processus stochastique 06-09-23 à 14:16

P n'est pas une matrice dans ton cas, mais un opérateur

Pour calculer P^{(n)}, tu as par exemple deux façons de faire

1) utiliser la proriété de Markov (faible) et écrire P(X_n = k) en préconditionnant par rapport à la loi de X_{n-1}

2) savoir exprimer (A^n)_{i_0,i_{n+1}} lorsque A est une matrice et constater que P n'a qu'un nombre fini de coefficients non nuls sur chaque ligne et colonne, donc que l'expression pour la matrice A est aussi valable pour l'opérateur P.

Posté par
GBZM
re : Processus stochastique 06-09-23 à 16:07

Bonjour,
P_{i,j}^{(n)} ne dépend que de j-i et de n : c'est la probabilité de se déplacer de j-i vers la droite en faisant n pas si j\geq i et de i-j  vers la gauche si i>j.
Exemple  si j-i=3 et n=7 : on a fait forcément 5 pas vers la droite et 2 vers la gauche. La probabilité n'est pas très compliquée à calculer. Si j-i = -2 et n=7, la probabilité est encore moins compliquée à calculer. Tu vois pourquoi ?

Posté par
toureissa
re : Processus stochastique 15-09-23 à 06:16

Ulmiere @ 06-09-2023 à 14:16

P n'est pas une matrice dans ton cas, mais un opérateur

Pour calculer P^{(n)}, tu as par exemple deux façons de faire

1) utiliser la proriété de Markov (faible) et écrire P(X_n = k) en préconditionnant par rapport à la loi de X_{n-1}

2) savoir exprimer (A^n)_{i_0,i_{n+1}} lorsque A est une matrice et constater que P n'a qu'un nombre fini de coefficients non nuls sur chaque ligne et colonne, donc que l'expression pour la matrice A est aussi valable pour l'opérateur P.

Merci . Quelle est la différence entre un opérateur et une matrice ?

Posté par
toureissa
re : Processus stochastique 15-09-23 à 06:57

GBZM @ 06-09-2023 à 16:07

Bonjour,
P_{i,j}^{(n)} ne dépend que de j-i et de n : c'est la probabilité de se déplacer de j-i vers la droite en faisant n pas si j\geq i et de i-j  vers la gauche si i>j.
Exemple  si j-i=3 et n=7 : on a fait forcément 5 pas vers la droite et 2 vers la gauche. La probabilité n'est pas très compliquée à calculer. Si j-i = -2 et n=7, la probabilité est encore moins compliquée à calculer. Tu vois pourquoi ?


Bien compris.

Tout depend de l'écart et du signe de |j-i| et de n.

En effet si |j-i|>n il n'y a aucune chance de passer de i à j en n pas.
Par contre si |j-i|=<n on fait

\beta_{ij}=|j-i|+ \frac{n-|j-i|}{2} pas pour aller  d'un côté et \alpha_{ij}=\frac{n-|j-i|}{2} de l'autre côté. Mais comme les probabilités de transition pour aller à gauche et à droite ne sont pas forcément les mêmes, il convient de distinguer deux cas en fonction du signe de |j-i|. Par suite le calcul se fait facilement : P_{ij}^{(n)}=p^{\beta_{ij}(1-p)^{\alpha_{ij}}.1_{j\geq i}+p^{\alpha_{ij}(1-p)^{\beta_{ij}}.1_{j<i}

Merci beaucoup

Posté par
toureissa
re : Processus stochastique 15-09-23 à 09:48

toureissa @ 15-09-2023 à 06:57

GBZM @ 06-09-2023 à 16:07

Bonjour,
P_{i,j}^{(n)} ne dépend que de j-i et de n : c'est la probabilité de se déplacer de j-i vers la droite en faisant n pas si j\geq i et de i-j  vers la gauche si i>j.
Exemple  si j-i=3 et n=7 : on a fait forcément 5 pas vers la droite et 2 vers la gauche. La probabilité n'est pas très compliquée à calculer. Si j-i = -2 et n=7, la probabilité est encore moins compliquée à calculer. Tu vois pourquoi ?


Bien compris.

Tout depend de l'écart et du signe de |j-i| et de n.

En effet si |j-i|>n il n'y a aucune chance de passer de i à j en n pas.
Par contre si |j-i|=<n on fait

\beta_{ij}=|j-i|+ \frac{n-|j-i|}{2} pas pour aller  d'un côté et \alpha_{ij}=\frac{n-|j-i|}{2} de l'autre côté. Mais comme les probabilités de transition pour aller à gauche et à droite ne sont pas forcément les mêmes, il convient de distinguer deux cas en fonction du signe de |j-i|. Par suite le calcul se fait facilement : P_{ij}^{(n)}=p^{\beta_{ij}}(1-p)^{\alpha_{ij}}.1_{j\geq i}+p^{\alpha_{ij}}(1-p)^{\beta_{ij}}.1_{j<i}

Merci beaucoup

Posté par
GBZM
re : Processus stochastique 15-09-23 à 10:00

Il n'y a aucun intérêt à recopier les messages, ça ne fait qu'alourdir inutilement le fil.
Et je trouve que tu n'as pas bien compris, en fait.
Quel est le nombre de façons de se déplacer de k mètres sur la droite en faisant n pas d'un mètre (vers la droite ou la gauche) ? Une façon de se déplacer est une suite de n "pas à droite" ou "pas à gauche".

Posté par
toureissa
re : Processus stochastique 15-09-23 à 16:51

Sincèrement dit je ne comprend pas bien la question.

Posté par
GBZM
re : Processus stochastique 15-09-23 à 17:22

Tu es sur une grille entière.
Les pas autorisés sont (i,k) --> (i+1,k+1) (monter d'une case et aller à droite d'une case) et (i,j) --> (i-1,j+1) (monter d'une case et aller à gauche d'une case).
Tu pars de (0,0) et tu veux aller en (k,n) - en n pas donc puisqu'on monte de 1 case à chaque fois. Combien y a-t-il  de façons de le faire ? Autrement dit, peux-tu compter le nombre de suites de n pas qui t'amènent de (0,0) à (k,n) .
J'attends le résultat en fonction de n et k.
Tu peux commencer petit  :
combien de façons d'aller de (0,0) à (2,4) ? à (-1,4) ? Fais des dessins sur une grille !

Posté par
GBZM
re : Processus stochastique 15-09-23 à 17:41

Tiens, je t'ai même préparé une grille :

Processus stochastique

Posté par
toureissa
re : Processus stochastique 17-09-23 à 10:36

Bonjour,

En poursuivant cette procédure, en n étape on atteindra sûrement la deuxième coordonnée de (k,n).  Ensuite , étant donné qu'un déplacement à droite augmente la première coordonnée de 1 et un déplacement à gauche l'augmente de (-1), en notant q le nombre de déplacement à gauche pour atteindre la première coordonnée k, on trouve q=(n-k)/2.
Ainsi si n-k est impair, il n'y aura aucune possibilité. Par contre si n-k est paire, puisque qu'on fait exactement n pas, on doit choisir les (n-k)/2 déplacement à gauche parmi les n pas. Finalement le nombre cherché est :

C_{n}^{\frac{n-k}{2}}. 1_{\frac{n-k}{2}\in \Z}

Posté par
toureissa
re : Processus stochastique 17-09-23 à 10:40

Par analogie a mon problème je pense que le k fait référence à l'écart entre i et j . Est-ce vrai ? Et on doit multiplier la proba que j'avais calculé précédemment par ce coefficient ?

Posté par
GBZM
re : Processus stochastique 17-09-23 à 10:52

Tu as vu le truc (j'ose espérer que mon petit dessin t'a aidé). Poursuis.



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