蒙特卡罗方法生成指定状态空间下对应长度的马尔可夫链--MATLAB源程序

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了蒙特卡罗方法生成指定状态空间下对应长度的马尔可夫链--MATLAB源程序相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

MCMC方法生成指定状态空间下对应长度的马尔可夫链


马尔可夫链

定义:
在这里插入图片描述


生成马尔可夫链的蒙特卡罗方法(MCMC方法)

详细原理可参考百度百科:马尔科夫链蒙特卡洛方法

在这里我们只介绍MCMC算法中的Metropolis-Hastings算法

Hastings-Metropolis Algorithm
        Step1:  Choose an irreducible Markov transition 
        		probability matrix Q with transition probabilities 	
        		Q(i,j), i, j = 1, 2, ...,m. Also, choose
                some integer value k between 1 and m.
        Step2:  Let n = 0 and X0 = k
        Step3:  Generate a random variable X such that 
        		Pr{X = j} = Q(Xn, j) and 
        		generate a random number U.
        Step4:  If U < [Pie(X)Q(X,Xn)]/[Pie(X)Q(Xn,X)], 
        		then NS = X; else NS = Xn.
        Step5:  n = n + 1, Xn = NS;
        Step6:  Go to Step3.

伪码如下:

在这里插入图片描述


代码实现

MATLAB源码:

function S = random_MarkovChain(Pie,N)
%  -----------------------------------------------------------------------
%  Function S = random_MarkovChain(Pie,N) generates a sequence   
%    of the Markov Chain with transition probability matrix Q  
%    and stationary distribution Pie by the Hastings-Metropolis 
%    algorithm.
%  -----------------------------------------------------------------------
%    Input 
%          Pie  a probability vector
%          N    the length of the sequence S, its default 
%				value is 4000
%    Output
%          S    a sequence of Markov Chain with transition
%				matrix Q 
%    Remark
%          state space: {1,2,...,m}
%  -----------------------------------------------------------------------
%  by Feng Zhiqiang

if nargin == 1
    N = 4000;
end

m = max(size(Pie));

% Q is the transition probability matrix, 
% here Q(Xn,:) is a uniform distribution
Q = ones(m)/m; 

% Set the initial state
k = floor(rand(1,1)*m) + 1;
Xn = k;

S_long = zeros(1,3*N);
S_long(1) = Xn;

for n = 1:3*N
   
    % for a general Q(Xn,:), 
    % X = random_AccRejMethod(Q(Xn,:)) is OK;
    X = floor(rand(1,1)*m) + 1; 
    
    U = rand(1,1);
    if U < Pie(X)*Q(X, Xn)/(Pie(Xn)*Q(Xn,X))
        NS = X;
    else
        NS = Xn;
    end
    
    S_long(n) = NS;
    Xn = NS;
end

%   N, N+1, ..., 2N -1, there are N elements in the sequence S
S = S_long(N:2*N-1);  

return

输出示例


调用 random_MarkovChain 函数,输出结果如下:

>> p = [ 0.1 0.2 0.1 0.3 0.3];
>> X = random_MarkovChain(p,14)
X =
	5    2    4    4    4    4    5    4    4    5    1    4    3    5

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