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随機過程中的 Inspection Paradox

筆者在做随機過程作業的時候遇見了一道題蔔瓦松過程的題目,憑借直覺填寫答案後總覺得邏輯上理不太順。但是一直也沒想具體的原因(實在是懶啊~摸魚不好嗎),

今天上團課時候突然想起來,這裡記錄一下。

題目為如下的37題(來自龔光魯11版習題),還算清晰,不再抄題了。

随機過程中的 Inspection Paradox

 這裡求解的是兩次替換之間的平均時間 = E(檢修隊連續兩次發現故障并替換期間的時間),此處的E表示均值的求解。

随機過程中的 Inspection Paradox

 解析圖的符号:三角标志檢修隊到來檢查,下标1,2,.....,i,i+1為次數

       x表示在此處器件已壞,√表示器件正常,或者檢修隊對壞的器件進行了更換。

這裡需要注意的是,在“1”處之前器件已經損壞,當檢修隊以泊松在‘1’點到來,對其進行了第一次的更換。

在檢修隊第‘i’次抵達時器件仍然正常,從此處到第‘i+1’次檢修隊到達之間的時間,器件損壞。檢修隊第‘i+1’次抵達時候進行第二次的更換。

是以可以推導得:

    兩次器件更換的時間間隔 T = T1+T2。T1為從第一次更換後到器件再次毀壞的時間間隔,而T2是從毀壞到再次被檢修隊發現并且更換的時間間隔。

那麼求平均即是 E(T) = E(T1+T2) = E(T1)+E(T2) , 這裡的T1是隻與器件的壽命有關的,完全服從參數為1/u的指數分布,故可求得第一部分的參數結果。

而在求解第二個分量 E(T2)的時候最開始的時候思路是混亂的,單純憑借檢修隊行為是一種蔔瓦松過程,鄰近兩次的到達時間的間隔是服從參數為

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(後面用y表示)

的指數分布,即Si+1 - Si是服從 E(

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)的。但是這裡的T2 是Si+1 - Si的一部分,是否符合指數分布呢?如果符合,那就是說指數分布其部分分量也服從了相同參量的

指數分布,那我這裡借助于對稱性完全可以猜測Si+1 - Si中除了T2的另一部分T3 = {機器壞的時間 - 檢修隊第i次檢修的時間}也服從相同參量的指數分布,那麼有

Si+1 - Si = T2+T3,而三者都服從了指數分布,我們知道這是不可能的。(詳情參考伽馬分布與指數分布)

至此以上的假設必然有一種是錯的:(1)蔔瓦松過程兩個到達時間的間隔服從指數分布(T or F?)

                   (2)  T2服從指數分布(T or F?)

我們知道(1)是以定理形式經過嚴格的數學推導給出的,不可能錯(真的是這樣嗎??QAQ~),那麼(2)必然就是錯的,但是答案就是1/u+1/

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,按照這個答案來說

那(2)一定是正确的。本着有答案就算對,然後用答案倒推過程的精神,我在這裡展開了探索發現這其實是蔔瓦松過程中的很經典的inspection 悖論。

先說結論:上面的(1)中的結論的确是對的,但是有條件:那就是必須得是兩個确定的相鄰的兩個到達事件之間的間隔時間,而本題中的檢修隊到達次數 ‘ i ’也是

一個變量,在這種情況下(1)就不能用在本題的題設條件下。結果就是在本題中(1)不可用,(2)是符合的。

本文旨在用題目的解答過程來引出Inspection Paradox的結論,以使讀者能夠應用,具體的關于T2符合指數分布詳細的數學推導和Inspection Paradox相關論證可參考文獻。

故本題中T1~E( u ) , T2~E(

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),最後結果:E(T) = E(T1+T2) = E(T1)+E(T2) = 1/u+1/

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