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2007年度の卒業研究で,奥寺さん,工藤さん,小関くん,白石くん,高田さんの5人は,G.ブロム,L.ホルスト,D.サンデル『確率論へようこそ』森真 訳 シュプリンガー・フェアラーク東京 をテキストにして,ランダム・ウォーク(乱歩,酔歩)の研究をしました。
ここで紹介する話は,この5人の卒業研究の一部です。 |
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X軸上の整数点の上を,等しい確率で右または左の点へ移動するランダム・ウォークを考えます。今,図のように3点O(0),A(-a),B(b)があり,点Oを出発したランダム・ウォークが,点AまたはBに達したとき止まるものとします。
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Oを出発したランダム・ウォークがAで停止する確率をP(A),Bで停止する確率をP(B)と書くことにします。確率P(A),P(B)はどんな値をとるのでしょうか?
この値は,線分OA,OBの長さに関係するように思われます。また上の図では,Aの方が出発点Oに近いので,P(A)の方がP(B)より大きいように思えます。実は,
となります。 さらに,AまたはBで停止するまでのランダム・ウォークのステップ数をNとすると,その期待値E(N)は E(N) = a・b
となります。 この様子を,下のモデルでためしてみましょう。 STARTを押すと,ランダム・ウォークはスタートします。a=2,b=4ですから,
です。A,Bそれぞれに達する相対頻度が,この値に近づく様子がたしかめられましたか? |
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原点Oから,3本の放射線OA,OB,OCが伸びており,OA上にはa個,OB上にはb個,OC上にはc個の点がある図を考えます。
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この図の上を,原点を出発したランダム・ウォークが,放射線の端の点AまたはBかCに達したとき,停止するとします。ランダム・ウォークが,端点Aで停止する確率P(A)を求めてみましょう。
(A) 第一歩で,OA上の最初の点に移った場合を考えます。 その後,このランダム・ウォークは,どうなるのでしょうか。 直線上のランダム・ウォークの結果を使えば,この後,…
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(B) 第一歩で,OB上の最初の点に移った場合は…
同じように直線上のランダム・ウォークの結果を使うと, 1) 確率 1/b で端点Bに達し,ここでランダム・ウォークは停止してしまい,Aに達することはありません。 2) 確率 (b-1)/b で原点Oに達し,この場合「振り出しに戻る」ことになります。 (C) 第一歩で,OC上の最初の点に移った場合… このときは(B)と同じですね。 (A),(B),(C)はいずれも1/3の確率でおこるわけですから,P(A)は次の式を満たします。
これから
となります。 B,Cに達する確率P(B),P(C)も同様に
となります。 端点で停止するまでのステップ数Nの期待値E(N)は
となります。 では,次のモデルでためしてみましょう。 |
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a=2,b=3,c=4ですから,
より詳しい話は, G.ブロム,L.ホルスト,D.サンデル『確率論へようこそ』 シュプリンガー・フェアラーク東京 第1章と第10章 または,小関君のレポート(http://www.st.hirosaki-u.ac.jp/~mathsci/m200806/random.pdf)を参照してください。 |
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作成:弘前大学理工学部数理科学科
http://www.st.hirosaki-u.ac.jp/~mathsci/2006/
http://www.st.hirosaki-u.ac.jp/~mathsci/2006/





