随机过程的论文题目

随机过程的发展 随时间推进的随机现象的数学抽象。例如，某地第n年的年降水量xn由于受许多随机因素的影响,它本身具有随机性,因此{xn,n=1,2,…}便是一个随机过程。类似地，森林中某种动物的头数，液体中受分子碰撞而作布朗运动的粒子位置，百货公司每天的顾客数，等等，都随时间变化而形成随机过程。严格说来，现实中大多数过程都具有程度不同的随机性。 气体分子运动时，由于相互碰撞等原因而迅速改变自己的位置与速度,其运动的过程是随机的。人们希望知道，运动的轨道有什么性质(是否连续、可微等等)？分子从一点出发能达到某区域的概率有多大？如果有两类分子同时运动，由于扩散而互相渗透，那么扩散是如何进行的,要经过多久其混合才会变得均匀？又如,在一定时间内，放射性物质中有多少原子会分裂或转化？电话交换台将收到多少次呼唤？机器会出现多少次故障？物价如何波动？这些实际问题的数学抽象为随机过程论提供了研究的课题。 一些特殊的随机过程早已引起注意，例如1907年前后，Α.Α.马尔可夫研究过一列有特定相依性的随机变量，后人称之为马尔可夫链（见马尔可夫过程）；又如1923年N.维纳给出了布朗运动的数学定义（后人也称数学上的布朗运动为维纳过程），这种过程至今仍是重要的研究对象。虽然如此，随机过程一般理论的研究通常认为开始于30年代。1931年，Α.Η.柯尔莫哥洛夫发表了《概率论的解析方法》；三年后，Α.Я.辛钦发表了《平稳过程的相关理论》。这两篇重要论文为马尔可夫过程与平稳过程奠定了理论基础。稍后，P.莱维出版了关于布朗运动与可加过程的两本书，其中蕴含着丰富的概率思想。1953年，.杜布的名著《随机过程论》问世，它系统且严格地叙述了随机过程的基本理论。1951年伊藤清建立了关于布朗运动的随机微分方程的理论(见随机积分)，为研究马尔可夫过程开辟了新的道路；近年来由于鞅论的进展，人们讨论了关于半鞅的随机微分方程；而流形上的随机微分方程的理论，正方兴未艾。60年代，法国学派基于马尔可夫过程和位势理论中的一些思想与结果，在相当大的程度上发展了随机过程的一般理论，包括截口定理与过程的投影理论等，中国学者在平稳过程、马尔可夫过程、鞅论、极限定理、随机微分方程等方面也做出了较好的工作。 研究随机过程的方法是多样的，主要可分为两大类：一是概率方法，其中用到轨道性质、停时、随机微分方程等；另一是分析方法，工具是测度论、微分方程、半群理论、函数论、希尔伯特空间等。但许多重要结果往往是由两者并用而取得的。此外，组合方法、代数方法在某些特殊随机过程的研究中也起一定的作用。研究的主要课题有：多指标随机过程、流形上的随机过程与随机微分方程以及它们与微分几何的关系、无穷质点马尔可夫过程、概率与位势、各种特殊过程的专题讨论等。 随机过程论的强大生命力来源于理论本身的内部，来源于其他数学分支如位势论、微分方程、力学、复变函数论等与随机过程论的相互渗透和彼此促进，而更重要的是来源于生产活动、科学研究和工程技术中的大量实际问题所提出的要求。目前随机过程论已得到广泛的应用，特别是对统计物理、放射性问题、原子反应、天体物理、化学反应、生物中的群体生长、遗传、传染病问题、排队论、信息论、可靠性、经济数学以及自动控制、无线电技术等的作用更为显著。 随机过程的定义 设 (Ω,F,p)为概率空间（见概率），T为指标t的集合（通常视t为时间）,如果对每个t∈T,有定义在Ω上的实随机变量x(t)与之对应，就称随机变量族x＝{x(t),t∈T}为一随机过程（简称过程）。研究得最多的是T 为实数集R＝(-∞，∞)的子集的情形；如果T为整数n的集,也称{xn}为随机序列。如果T是d维欧几里得空间Rd（d为大于1的正整数）的子集，则称x为多指标随机过程。 过程x实际上是两个变元(t,ω)(t∈T,ω ∈Ω)的函数，当t固定时，它是一个随机变量；当ω固定时,它是t的函数,称此函数为随机过程（对应于ω）的轨道或样本函数。 如不限于实值情况，可将随机变量与随机过程的概念作如下一般化:设(E,ε)为可测空间（即E为任意非空集,ε为E的某些子集组成的σ域）,称x=(x(ω), ω∈Ω)为取值于E的随机元,如果对任一B∈ε,{ω:x(ω)∈B}∈F。特别,如果为Rd中全体波莱尔集所成的σ域（称波莱尔域）,则取值于Rd中的随机元即d维随机向量。如果其中RT为全体实值函数ƒ=(ƒ(t),t∈T)的集,而为包含一切RT中有限维柱集 的最小σ域，则取值于E的随机元x 即为上述的(实值)随机过程。如对每个t∈T，有取值于E 的随机元x(t)与之对应，则称{x(t),t∈T}为取值于E的随机过程。 以下如无特别声明，只讨论取值于(R 1,B1)的随机过程。 有穷维分布族 一维分布函数描述了随机变量取值的概率规律（见概率分布）,对随机过程x={x(t),t∈T}起类似作用的是它的全体有穷维分布函数：对任意 n个tj∈T,i＝1，2,…,n,考虑的联合分布函数，,全体联合分布称为x 的有穷维分布族,它显然满足下列相容性条件： ① 对(1,2,…，n)的任一排列(λ1,λ2,…,λn)， ； ② 若m0，ε>0，с≥0,使得对任意的t∈【α,b】,t+Δt∈【α,b】，有,则过程的轨道以概率1在【α,b】上一致连续。设可分过程{x(t)，t∈【α,b】}随机连续，而且存在常数p>0，q>0，r>0，с≥0,使得对任意的α≤t1≤t2≤t3≤b，有 则过程的轨道以概率 1无第二类断点。正态过程的轨道性质有更好的结果:对均值函数m(t)呏0的可分正态过程{x(t),t∈【α,b】}，只要存在с≥0,α>0，使得 ,x的轨道就以概率1连续。 停时 这一概念的引进是随机过程论发展史中的一件大事,它带来了许多新的研究课题,而且扩大了理论的应用范围。早在1945年，.杜布关于马尔可夫链的文章中已经有了停时的思想。60年代杜布、Ε.Б.登金（又译邓肯）、.布卢门塔尔等应用停时于鞅及强马尔可夫过程的研究；70年代，由于法国概率论学派的工作而使停时的理论更加完善。 直观上，停时是描述某种随机现象发生的时刻，它是普通时间变量t的随机化。例如,灯泡的寿命、一场球赛持续的时间都可看成是停时。又如，作随机运动的粒子首次到达某集A 的时刻τ,τ(ω)=inf{t>0,x(t,ω)∈A}，且约定inf═＝∞，当x 的轨道连续而且A是一个闭集时，τ就是一个停时，它是一个随机变量，而且对任何t≥0，{τ≤t}∈σ{x(u),u≤t}。 一般地，设在可测空间(Ω,F)中已给F的一族单调、右连续、完备的子σ 域族{,t∈R+},称定义在Ω上的非负可测函数τ=τ(ω)（可取+∞为值）为 停时，如果对任意 t≥0，总有{τ≤t}∈。这一定义的直观背景是：把理解为到t为止的全部信息，一个可观测的随机现象发生的时刻τ是否不迟于t这一信息应包含在之中。 类似于，对停时τ可以定义σ域,其中为包含一切的最小σ域。Fτ可理解为过程到τ为止的全部信息。 停时有许多好的性质,例如,若τ1、τ2是停时,则τ1∨τ2、τ1∧τ2也是停时，其中,;还有，这里表示包含、的最小σ域；进一步，若{τn}是一列停时，则也是停时。更细致地研究停时，需要对其进行分类，重要的类型有可料时、绝不可及时等。 二阶过程 均值和方差都有限的实值或复值随机过程称为二阶过程。二阶过程理论的重要结果之一是它的积分表示。设F是可测空间(∧,A)上的有限测度，如果对每一A∈A,有一复值随机变量Z(A)与它对应,且满足：①E|Z(A)|2< ∞；②则称Z＝{Z(A)，A∈A}为(∧，A)上的正交随机测度。定义在∧上、关于A可测而且关于F平方可积的函数全体记为L2（∧，A，F）。给了一个正交随机测度Z，一族函数,， 就可以产生一个二阶过程,满足 (1)它的二阶矩为 。 (2)反之，对给定的二阶过程，只要它的二阶矩有积分表示(2)，就一定存在一个正交随机测度Z，使过程本身有积分表示(1)。(1)和(2)分别称为过程x和它的二阶矩的谱表示。对均方连续的实二阶过程{x(t),t∈【α,b)】},则有级数展开式 其中{ηn}是标准正交实随机变量序列,即；δnm=0，n=m时,δnm=1)，λn是积分方程的本征值，ψn是相应的本征函数 Γ(t,s)=Ex(t)x(s)。 特殊随机过程类 对过程的概率结构作各种假设,便得到各类特殊的随机过程。除上述正态过程、二阶过程外，重要的还有独立增量过程、马尔可夫过程、平稳过程、鞅点过程和分支过程等。贯穿这些过程类的有两个最重要最基本的过程，布朗运动和泊松过程，它们的结构比较简单,便于研究而应用又很广泛。从它们出发,可以构造出许多其他过程。这两种过程的轨道性质不同,前者连续而后者则是上升的阶梯函数。 广义过程 正如从普通函数发展到广义函数一样，随机过程也可发展到广义过程。设D为R上全体无穷次可微且支集有界的实值函数φ的集，定义在D上的连续线性泛函称为广义函数、全体广义函数的集记为Dx。考虑D×Ω上的二元函数x(φ,ω),如果对固定的ω,x(·,ω)∈Dx是广义函数,而对固定的φ,x(φ，·)是随机变量,则称{x(φ,ω):φ∈D}为定义在(Ω,F,p)上的广义过程。它在φ1,φ2,…,φn上的联合分布为 全体这种联合分布构成了广义过程x的"有穷维分布族"。前两阶矩分别称为均值泛函 和相关泛函 根据有穷维分布族的性质，也可以定义特殊的广义过程类，象广义平稳过程、广义正态过程等。例如，若对D中任意有限个线性独立函数φ1,φ2,…,φn，有限维分布都是正态分布，则称x＝{x(φ,ω)}为广义正态过程。

首先：由于系统的冲击次数是参数为λ的 泊松过程，所以在t时间段内，发生了λt次冲击事件。（根据泊松过程的期望E(N(t))=λt) 又因为：根据题意E(X(t))=α，α为所受的总损害，且每次损害都独立且同分布。每次损害的大小为1/μ,（因为E(Y_k)=1/μ,指数分布的期望），所以在时间段t内，发生的冲击次数=总损害/每次损害的大小=α/(1/μ)=αμ。 综上说述，λt=αμ，所以，t=αμ/λ。t就是期望ET。

随机过程课程教学方法论文

一、《随机过程》课程教学中存在的问题

（一）忽视了教学对象和环境的变化

新一代的大学生是被信息数字化包围着的一代，电脑、网路、手机、数字游戏、音响与视频等已成为他们学习与生活中的必备品，数字化改变了他们的生活方式、学习方式、思维方式、心理及个性特点，其学习、思考、处理信息与解决问题的能力与以前的学生已有着很大的不同，也就是说，现在大学的教育对象和教学环境几乎已发生了根本性的变化，而教师的教学模式却几乎没有什么变化，这就很难适应现代学生的个性、心理和学习方式。另一方面，高等教育的大众化，使许多人虽然进入了大学，但并未培养出良好的学习习惯和学习能力，基础知识较差，他们在失去家长的监督和大学宽松的管理方式以及数字化时代的各种诱惑下，往往迷失自我，失去学习的兴趣和动力[1]。此外，当前复杂的外部环境，也使很多学生的学习动机和目的发生了很大变化，许多学生变得浮躁、功利、急于求成。而我们的大学教师却几乎忽视了这一变化，仍然沿用原有的教学理念和教学方式从事课堂教学，这就很难达到预期的教学效果和目的。

（二）课堂教学单一化

虽然教育的对象、环境以及社会对人才的需求已发生了深刻的变化，但教育的理念和方法仍少有变化，课堂教学的单一化仍是当今教学中的一大问题特征，具体表现在：

1.教学方法的单一化，即大多数课堂教学仍是“黑板+粉笔”式的教学方法。例如，教师对于某些抽象的概念的讲解，往往只限于简单的口述和板书，而对于其形成过程或直观背景，缺乏必要的生动形象的讲述或演示，这种舍弃其直观背景，以一种静态的平铺直叙的语言直接抛给学生一连串的概念、定义和法则的做法，不仅使学生感到索然寡味，也常常使他们感到茫然无措，只知其然而不知其所以然。尤其是像《随机过程》这一有着诸多抽象概念和理论的课程，仅仅借助于“黑板+粉笔”进行课堂教学，很难让学生去理解和掌握其中的基本理论知识。

2.教学模式的单一化。大多数课堂教学仍沿用教师讲，学生听；教师写，学生记；教师问，学生答的教学模式，这一教学模式不仅使学生的主体性地位得不到体现，课堂气氛沉闷无生机，也使得学生的思想受到压抑，思维被模式化。

3.教学手段的单一化。多媒体、网络信息平台、影像视频等现代教育技术手段还很少运用于课堂教学之中，利用粉笔和黑板进行授课仍是大多数教师的教学手段，这种看似简单的方式，既费时费力又效率低下，因为教师板书和绘图会占用大量宝贵的课堂时间，尤其是对于复杂的问题及图表绘制，更是如此，既影响课堂效率和授课容量，又使课堂教学单调沉闷，影响学生的学习兴趣。

（三）创新性教学理念缺失

依据不同的教学内容、教学目标、教学对象和社会对人才需求的改变，灵活地采用与合理地创设不同的教学方法，以期达到最佳的教学效果，应是当今教师所应具备的基本教学观。然而，如今大多数的《随机过程》课堂教学并非如此，仍然沿用“以不变应万变”的单一固化的教学模式，这显然是创新性教学理念的缺失。创新性教学理念是培养学生创新意识、创新精神和创新能力，具体地讲，通过教师的创造性劳动，将记忆性的概念、原理和枯燥乏味的逻辑推理变为灵活的、生动的、富有趣味的知识场景，唤醒学生的求知欲，使他们乐学、好学、善学，进而有效地消化吸收这些新知识，并在此过程中逐步培养出他们的创新性思维与能力。这一理念决定了创新性教学是民主化和个性化的教学过程，所采用的是多样化的教学模式和现代化的教学手段。然而，现今大多数《随机过程》课堂教学显然不具备这些特点。

二、《随机过程》的创新性教学方法

创新性教学的核心在于“创新”二字，也就是说，为达到既定的教学目标，要能突破传统以求新意。人们常说的“教学有法，教无定法”，其实也就包含了“创新”这一含义。因此，根据《随机过程》不同章节内容的特点及当前学生的状况，在《随机过程》的教学过程中，除了灵活地采用一些基本的教学方法和多媒体教学手段之外，更应该创造性地设计和采用以下几种教学方法。

（一）趣味性教学

学习兴趣和学习情感是密切联系的，对有兴趣的事物，人们总是想方设法地接近它、认识它、探究它和获取它，并对它产生愉快的情绪。兴趣是最好的老师，是学习最有效的动力，因而也是达成教学目的最有效的手段。趣味性教学法就是基于使课堂教学充满趣味性这一观点，来积极营造有趣的、引人入胜的课堂氛围，使学生在学习中感到乐趣、产生兴趣，从而自主而积极学习的一种教学方法。《随机过程》课程是一门抽象性很强且难度很大的课程，教师很难利用传统的灌输方式提高学生的学习兴趣，这就需要教师在教学中，精心构思，合理布局，创设合适的情境，选择恰当的教学手段和教学语言，来提高和激发学生的学习兴趣。例如，利用随机过程发展史中的人物、典故和故事来激趣，既可丰富学生的数学历史知识，又可培养学生对随机过程的学习兴趣，使学生学习其中的创新精神。《随机过程》的课程内容有很多直观背景，用直观背景激趣，应是《随机过程》课程教学的.主要方法之一。比如，在讲Markov链时，教师可以先创设这样一个情境（图片）：有一只蚂蚁在一个等距网格图上从某一结点处开始爬行，它每爬到一个网格的结点，就会随机地选择一条从该结点发出的网线爬向邻近的一个结点，然后引导着学生把该蚂蚁在不同时刻时所处的结点位置用一个随机变量列表示出来，并详细地分析它们有什么特性，借助于这个有着直观背景情趣的问题，引出并讲解有关Markov链的基本概念和性质，将会激发学生学习和探究的兴趣，进而达到教师预期的教学效果。

（二）问题式教学

问题是教学的核心，创新性教学的首要任务并不是直接地灌输和传授现成的知识，而是给学生设计出有思考或探讨价值的问题，并创设多角度、多层次的思考点，引导学生积极地分析问题、探讨问题，努力探求解决问题的方法或途径，使学生在分析和解决问题的过程中，逐步达到新旧知识的融汇，进而形成自己整合的和结构化的知识体系。如果没有问题，仅仅是索然寡味的灌输和传授，很难激发出学生的求知欲望和兴趣，教学也就很难取得任何真正的实效。问题式教学法，就是这样一种以教师设问为出发点，以学生分析问题和解决问题为线索，进而达到使学生掌握新知识为目的的教学方法，它改变了教师“以讲为主，以讲居先”的格局，调动了学生学习的积极性和主动性，强化了学生的自学能力和积极探索精神的培养和锻炼，提高了学生运用知识的能力和水平。因此，根据《随机过程》的课程内容特点，精心设计安排一些问题式的课堂教学方案进行知识传授，将会有效地调动和培养学生学习这门课的兴趣和积极性，提高他们多方面的能力。

（三）探究式教学

探究式教学是指在课堂教学时，教师只给学生一些事例和问题，然后让学生自己通过阅读、观察、实验、思考、讨论、听讲等途径去独立探究，自行发现并掌握其中的原理和结论的一种方法。它的指导思想是在教师的指导下，以学生为主体，让学生自觉地、主动地探索解决问题的途径和方法，研究客观事物的属性，发现事物发展的起因和内部联系，从中找出规律，形成自己的概念。这一教学方法突出了学生的主体作用，它把学生从被动地接受教育的客体中解放了出来，使学生从消极地接受知识和简单的模仿学习转变为积极、主动、创造性地进行探究性的学习，有利于培养学生的创造性思维和独立自主完成学习过程的能力。在《随机过程》中，有许多教学内容都可以设计成探究式教学模式。例如，对于鞅的停时定理这部分内容，教师可以基于鞅{Mn，n≥0}的性质EMn=EM0及教材中的一个博赌案例，让学生探讨这样一个问题：通常赌博者并不能确定在某一时刻之前停止赌博，但可以保证这场赌博不会无限期地延续下去，他可以选择在任一时刻（T）停止赌博，这一时刻T是随机的，如果让T替代EMn=EM0中的n，是否成立？若不成立，在什么情况下成立？针对这个探究问题，可以在教师的指导下，以学生为主体，让学生自觉地、主动地探究解决问题的方法，从中找出等式成立的条件，形成一个合理的结论。这不仅能够加深学生对课本知识的理解和掌握，对开发学生的智力，培养学生的自学能力和创造性思维也具有重要作用。

（四）实践式教学

实践式教学是相对于理论教学而言的，它是巩固理论知识和加深对理论认识的有效途径，是培养具有创新意识的高素质人才的重要环节，是理论联系实际、培养学生掌握科学方法和提高动手能力的重要平台。《随机过程》课程内容虽然抽象难懂，但却有着较广的应用范围和较强的应用背景，而目前的教学过程，几乎完全是课堂理论教学，没有实践教学，这很不利于提高教师的教学效果，也不利于学生能力的培养，因此，针对《随机过程》的课程内容特点，适当增加一定课时的实践教学课，既很有必要又很重要。对实践教学模式的选择，可采用实践基地模式和实验室模式。对于实践基地模式，教师可以针对教学内容，选择和联系好一些合适的实践基地，让学生根据教师所给的问题和要求，去调查试验，收集必要的数据，用学过的概率统计方法和随机过程知识，去验证随机过程中的一些理论和规律性问题或解决一些实际问题。例如，可让学生到某一车站，从某一时刻开始，观察记录每位旅客到达车站的时刻，然后利用统计方法，验证旅客到达车站人数是否是一个Poisson过程、旅客到达的时间间隔是否服从指数分布以及旅客到达的时刻是否服从伽玛分布等问题。《随机过程》课程的实验室教学模式主要以计算机模拟实验为主。教师也可以根据教学内容，设置出一些实验题目，在教师的讲解和指导下，让学生自主地去完成有关实验。通过实验可以帮助学生理解该课程中一些抽象的概念和理论，提高学生分析问题和解决问题的能力，达到教学的目的。例如，给定一个随机过程，让学生绘制出该随机过程的图像及其均值、方差和自相关函数的图像；给定相关函数（功率谱）和概率分布，让学生通过计算机模拟分析产生相应的随机过程，然后再通过该随机过程的实际相关函数（功率谱）和概率分布，验证实验的有效性等。通过这两个实验，既能加深学生对随机过程及其均值、方差和自相关函数的理解和掌握，又能提高学生利用计算机技术处理实际问题的能力。

（五）网络辅佐教学

网络辅佐教学方法是指教师充分利用现代网络信息技术所提供的全新的沟通机制和丰富的学习环境资源。建立一个开放的交流平台，如建立一个QQ和微信平台，通过这个平台与学生交流互动、答疑解惑、传授知识、指导学习，同时，对学生在此平台上所提的问题、建议、意见、心得和体会，进行收集整理，反馈或补充到课程资源中。利用这种教学方式，对于教师，既可及时发现课堂教学中的问题与不足，又可及时了解到学生学习中存在的问题并予以及时反馈和指导；而对于学生，则可以在这样一个开放的空间中，自由地向老师和其他同学学习并提出自己的问题与疑惑。因此，此种课堂辅助教学法，不仅突出了学生的主体地位，丰富了学生的学习资源，提高了学生的学习兴趣和效率，也有效地提高了教师的教学效果，弥补了其他教学方式中不能及时相互反馈的问题。

三、结论

《随机过程》的课程内容有其繁多、抽象、应用背景强的特点，也有其独特的理论和方法。利用传统的单一而僵化的灌输式教学方式进行教学，不仅很难达到预期的教学目标，也很难培养出适应于现代社会需要的创新型人才。针对本课程中不同章节的内容特点和现代大学生的特性，依据现代教育技术和创新性教学理念，采用或创造性地构建不同的教学方法进行教学，将会有效地提高学生的学习积极性、主动性和效率，有助于培养学生的创新精神和创新能力，也将会大大提高教师的教学水平和教学效果，进而实现教师的教学目的。