Alex_McAvoy

想要成为渔夫的猎手

二维随机过程与复随机过程

【联合分布函数】

在实际应用中,有时需要同时考虑两个或两个以上随机过程的统计特征

例如,某个线性系统的输入是一个随机过程 $\{X(t),t\in T\}$,其输出也是一个随机过程 $\{Y(t),t\in T\}$,那么,此时就要考虑这两个随机过程的联合统计特性

此外,与概率论中的复随机变量类似,随机过程中也有复随机过程,其是由二维随机过程给出的

【二维随机过程】

联合分布函数

设 $\{X(t),t\in T\}$ 和 $\{Y(t),t\in T\}$ 是定义在同一概率空间上的两个随机过程,则称

二维随机过程

那么,对任意的 $m\geq 1,n\geq 1$,$t_1,\cdots,t_m\in T$,$t_1’,\cdots,t_n’\in T$,有

是 $m+n$ 维随机变量,称

为二维随机过程 $\{(X(t),Y(t)),t\in T\}$ 的 $m+n$ 维联合分布函数

边缘分布函数

二维随机过程 $\{(X(t),Y(t)),t\in T\}$ 作为一个整体,具有 $m+n$ 维分布函数,而随机过程 $\{X(t),t\in T\}$ 具有 $m$ 维分布函数,随机过程 $\{Y(t),t\in T\}$ 具有 $n$ 维分布函数,将他们分别记为

那么,对于二维随机过程 $\{(X(t),Y(t)),t\in T\}$,分别称两者为 $\{(X(t),Y(t)),t\in T\}$ 关于 $\{X(t),t\in T\}$ 和关于 $\{Y(t),t\in T\}$ 的 $m$ 维边缘分布函数$n$ 维边缘分布函数

此外,若有

则称 $\{X(t),t\in T\}$ 和 $\{Y(t),t\in T\}$ 相互独立

数字特征

设 $\{(X(t),Y(t)),t\in T\}$ 是二维随机过程,$\forall s,t\in T$,$X(s),Y(t)$ 是两个随机变量

若 $E[X(s)Y(t)]$ 存在,记为 $R_{XY}(s,t)$,称其为随机过程 $\{(X(t),Y(t)),t\in T\}$ 的互相关函数

若 $Cov(X(s),Y(t))$ 存在,记为 $C_{XY}(s,t)$,称其为随机过程 $\{(X(t),Y(t)),t\in T\}$ 的互协方差函数

显然,有

此外,若 $C_{XY}(s,t)=0$ 或 $R_{XY}(s,t)=\mu_X(s)\mu_Y(t)$,则称 $\{X(t),t\in T\}$ 与 $\{Y(t),t\in T\}$ 不相关

进一步,可知,若 $\{X(t),t\in T\}$ 与 $\{Y(t),t\in T\}$ 相互独立,则 $\{X(t),t\in T\}$ 与 $\{Y(t),t\in T\}$ 不相关

【复随机过程】

设 $\{X(t),t\in T\}$ 与 $\{Y(t),t\in T\}$ 是定义在同一概率空间上的两个实随机过程,令

则称 $\{Z(t),t\in T\}$ 是复随机过程

复随机过程的任意有限维可由二维随机过程 $\{(X(t),Y(t)),t\in T\}$ 的所有 $n+m$ 维联合分布函数给出

其数字特征的定义如下:

  • 均值函数:$\mu_Z(t)=E[Z(t)]$
  • 方差函数:$\sigma_Z(t)=D[Z(t)]=E|Z(t)-\mu_Z(t)|^2$
  • 协方差函数:$C_Z(s,t)=Cov(Z(s),Z(t))=E[\overline{(Z(s)-\mu_Z(s))}(Z(t)-\mu_Z(t))]$
  • 相关函数:$R_Z(s,t)=E[\overline{Z(s)}Z(t)])$
  • 均方值函数:$\Phi_Z(t)=E|Z(t)|^2$

易知,复随机过程的数字特征间有如下关系:

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