diff --git a/luku24.tex b/luku24.tex index ca5629c..915e04a 100644 --- a/luku24.tex +++ b/luku24.tex @@ -205,7 +205,7 @@ are independent. Hence the event happens with probability \[P(A \cap B)=P(A)P(B)=1/4 \cdot 1/13 = 1/52.\] -\section{Random variable} +\section{Random variables} \index{random variable} @@ -366,32 +366,29 @@ is exactly 4 is $(5/6)^3 1/6$. The expected value for $X$ in a geometric distribution is \[E[X]=\frac{1}{p}.\] -\section{Markovin ketju} +\section{Markov chains} -\index{Markovin ketju@Markovin ketju} +\index{Markov chain} -\key{Markovin ketju} on satunnaisprosessi, -joka muodostuu tiloista ja niiden välisistä siirtymistä. -Jokaisesta tilasta tiedetään, millä todennäköisyydellä -siitä siirrytään toisiin tiloihin. -Markovin ketju voidaan esittää verkkona, -jonka solmut ovat tiloja -ja kaaret niiden välisiä siirtymiä. +A \key{Markov chain} is a random process +that consists of states and transitions between them. +For each state, we know the probabilities +for moving to other states. +A Markov chain can be represented as a graph +whose nodes are states and edges are transitions. -Tarkastellaan esimerkkinä tehtävää, -jossa olet alussa $n$-kerroksisen -rakennuksen kerroksessa 1. -Joka askeleella liikut satunnaisesti -kerroksen ylöspäin tai alaspäin, -paitsi kerroksesta 1 liikut aina ylöspäin -ja kerroksesta $n$ aina alaspäin. -Mikä on todennäköisyys, että olet $m$ -askeleen jälkeen kerroksessa $k$? +As an example, let's consider a problem +where we are in floor 1 in a $n$ floor building. +At each step, we randomly walk either one floor +up or one floor down, except that we always +walk one floor up from floor 1 and one floor down +from floor $n$. +What is the probability that we are in floor $m$ +after $k$ steps? -Tehtävässä kukin rakennuksen kerros -on yksi tiloista, ja kerrosten välillä liikutaan -satunnaisesti. -Esimerkiksi jos $n=5$, verkosta tulee: +In this problem, each floor of the building +corresponds to a state in a Markov chain. +For example, if $n=5$, the graph is as follows: \begin{center} \begin{tikzpicture}[scale=0.9] @@ -415,29 +412,32 @@ Esimerkiksi jos $n=5$, verkosta tulee: \end{tikzpicture} \end{center} -Markovin ketjun tilajakauma on vektori -$[p_1,p_2,\ldots,p_n]$, missä $p_k$ tarkoittaa -todennäköisyyttä olla tällä hetkellä tilassa $k$. -Todennäköisyyksille pätee aina $p_1+p_2+\cdots+p_n=1$. +The probability distribution +of a Markov chain is a vector +$[p_1,p_2,\ldots,p_n]$, where $p_k$ is the +probability that the current state is $k$. +The formula $p_1+p_2+\cdots+p_n=1$ always holds. -Esimerkissä jakauma on ensin $[1,0,0,0,0]$, -koska on varmaa, että kulku alkaa kerroksesta 1. -Seuraava jakauma on $[0,1,0,0,0]$, -koska kerroksesta 1 pääsee vain kerrokseen 2. -Tämän jälkeen on mahdollisuus mennä joko ylöspäin -tai alaspäin, joten seuraava jakauma on $[1/2,0,1/2,0,0]$, jne. +In the example, the initial distribution is +$[1,0,0,0,0]$, because we always begin at floor 1. +The next distribution is $[0,1,0,0,0]$, +because we can only move from floor 1 to floor 2. +After this, we can either move one floor up +or one floor down, so the next distribution is +$[1/2,0,1/2,0,0]$, etc. -Tehokas tapa simuloida kulkua Markovin ketjussa -on käyttää dynaamista ohjelmointia. -Ideana on pitää yllä tilajakaumaa -ja käydä joka vuorolla läpi kaikki tilat -ja jokaisesta tilasta kaikki mahdollisuudet jatkaa eteenpäin. -Tätä menetelmää käyttäen $m$ askeleen simulointi -vie aikaa $O(n^2 m)$. +An efficient way to simulate the walk in +a Markov chain is to use dynaimc programming. +The idea is to maintain the probability distribution +and at each step go through all possibilities +how we can move. +Using this method, we can simulate $m$ steps +in $O(n^2 m)$ time. -Markovin ketjun tilasiirtymät voi esittää myös matriisina, -jonka avulla voi päivittää tilajakaumaa askeleen eteenpäin. -Tässä tapauksessa matriisi on +The transitions of a Markov chain can also be +represented as a matrix that updates the +probability distribution. +In this case, the matrix is \[ \begin{bmatrix} @@ -449,10 +449,11 @@ Tässä tapauksessa matriisi on \end{bmatrix}. \] -Tällaisella matriisilla voi kertoa tilajakaumaa esittävän -vektorin, jolloin saadaan tilajakauma yhtä askelta myöhemmin. -Esimerkiksi jakaumasta $[1,0,0,0,0]$ pääsee jakaumaan -$[0,1,0,0,0]$ seuraavasti: +When we multiply a probability distribution by this matrix, +we get the new distribution after moving one step. +For example, we can move from the distribution +$[1,0,0,0,0]$ to the distribution +$[0,1,0,0,0]$ as follows: \[ \begin{bmatrix} @@ -479,10 +480,9 @@ $[0,1,0,0,0]$ seuraavasti: \end{bmatrix}. \] -Matriisiin voi soveltaa edelleen tehokasta -matriisipotenssia, jonka avulla voi laskea -ajassa $O(n^3 \log m)$, -mikä on jakauma $m$ askeleen jälkeen. +By calculating matrix powers efficiently, +we can calculate in $O(n^3 \log m)$ time +the distribution after $m$ steps. \section{Satunnaisalgoritmit}