1.泊松分布
泊松分布是二項(xiàng)分布的極限分布,假設(shè)有一列二項(xiàng)分布B(n,pn),均值為λ,即limn→∞npn=λ>0,對任何非負(fù)整數(shù)k(即發(fā)生k次的概率)有limn→∞b(k;n,pn)=limn→∞Cknpkn(1?pn)n?k=e?λλkk!。
證明:
Cknpkn(1?pn)n?k=n!k!(n?k)!pkn(1?pn)n?k=1×2×3×...×nk!×1×2×3...×(n?k)×nk(1?pn)?k(npn)k(1?pn)n=n×(n?1)×(n?2)×...×(n?k+1)k!×nk(1?pn)?k(npn)k(1?pn)n=1k!(1?1n)(1?2n)...(1?k?1n)(1?pn)?k(npn)k(1?pn)n(1)(2)(3)(4)
注意到limn→∞(npn)k=λk,和limn→∞(1?pn)n=e?λ。
定理證畢。
泊松分布是二項(xiàng)分布的極限分布,當(dāng)n很大,p很小時,二項(xiàng)分布就可以近似地看成時參數(shù)λ=np的泊松分布。
2.泊松過程
實(shí)驗(yàn)結(jié)果滿足泊松分布的實(shí)驗(yàn)即為泊松過程。
3.泊松點(diǎn)過程
泊松點(diǎn)過程其實(shí)和泊松過程并無區(qū)別。只是在我初接觸的時候不自覺的把它當(dāng)成一個二維的撒點(diǎn)過程。所以我想更多人會把這個術(shù)語當(dāng)做是如何在二維平面撒滿足泊松分布點(diǎn)的方法。放心,這里也是介紹方法的。
3.1一維的撒點(diǎn)方法
3.1.1算法1
我們注意到,在齊次泊松過程中,兩次事件的距離是滿足均值為1λ的指數(shù)分布。
(0) 初始化 t = 0;
(1) 取一個滿足均勻分布u~U(0,1)的隨機(jī)數(shù)u;
(2) t=t?1λlog(u);
(3) 生成一個點(diǎn)t;
(4) 返回(1)。
3.1.2算法2
假設(shè)在固定的時長[0,t0],事件發(fā)生次數(shù)為N(t0)=n,事件發(fā)生的時間T_1,T_2,...,T_n(排序過的)滿足均勻分布。(1)生成隨機(jī)變量n滿足泊松分布n\sim Poisson(\lambda t);
(2) 如果n=0,結(jié)束退出。否則,獨(dú)立地生成u1~U(0,1),u2~U(0,1),...,un~U(0,1),然后將得到的ui進(jìn)行排序(按升序)得到u(1),u(2),u(3),...,u(n)
(3) ti=t0u(i),i=1,2,....,n
(4) 生成ti。
3.2二維的撒點(diǎn)方法
二維撒點(diǎn)滿足的泊松分布最關(guān)鍵的唯一和一維的不同點(diǎn)在于泊松分布參數(shù)由λt變?yōu)?span data-mathml="" role="presentation" style="position: relative;">λ×A(R),A(R)是區(qū)域R的容量(對更高維也可以用的定義)。在半徑為r>0的的圓平面更容易完成滿足泊松分布的撒點(diǎn)過程。
3.2.1算法1
3.2.1.1定理1
假設(shè)(R1,θ1),(R2,θ2),...,(RN,θN)是極坐標(biāo)系中代表N>0的事件的位置,分布滿足在圓C≡(x,y):x2+y2≤r2內(nèi)的齊次泊松過程。設(shè)N=n,排好序的事件的半徑R(1),R(2),...,R(n)符合密度函數(shù)為f(z)=2zr2,z∈[0,r]的分布,θ1,θ2,...,θn獨(dú)立同分布于均勻分布U[0,2π]并且和R1,R2,...,Rn獨(dú)立。
下面就提出利用齊次泊松過程在半徑為r的圓上生成N=n個點(diǎn),滿足參數(shù)為πr2λ的泊松分布。生成的點(diǎn)的極坐標(biāo)半徑滿足上述定理。
3.2.1.2算法實(shí)現(xiàn)
(0) n~Poisson(πr2λ)。如果n=0,結(jié)束退出。否則,獨(dú)立地生成u1~U(0,1),u2~U(0,1),...,un~U(0,1)
(1) R1←ru1??√,R2←ru??√2,...Rn←ru??√n。
(2) 對R1,R2,...,Rn排序(升序)得到R(1),R(2),...,R(n)。
(3) 獨(dú)立地生成un+1~U(0,1),un+2~U(0,1),...,u2n~U(0,1)。
(4) θ1←2πun+1,θ2←2πun+2,...,θn←2πu2n。
(5) 生成點(diǎn)的坐標(biāo)(R(1),θ1),(R(2),θ2),...,(R(n),θn)。
3.2.2算法2
在更加不規(guī)則的區(qū)域內(nèi)完成。如:感興趣的區(qū)域?yàn)?span data-mathml="" role="presentation" style="position: relative;">C≡(x,y):x≥0,y≥0,y≤f(x),x≤T.其中排過序的X(1),X(2),...,X(N)是事件的橫坐標(biāo),那么∫X(i)X(i?1)f(x)dx,X(0)=0,i=1,2,...,獨(dú)立同分布于均值為1λ的指數(shù)分布。其相應(yīng)的縱坐標(biāo)Yi服從均勻分布U(0,f(X(i)))
(0) 初始化j=1,n=0,w=0,x0=0.
(1) 獨(dú)立地生成uj~U(0,1).
(2) wj←?1λln(1?uj).
(3) w←w+wj.
(4) 如果w≤∫T0f(x)dx,那么n←n+1然后跳回到(1)
(5) 如果n=0,退出結(jié)束,否則,求解x(i),i=1,2,...,n滿足∫x(i)x(i?1)f(x)dx=wi.
(6) 獨(dú)立地生成un+1~U(0,1),un+2~U(0,1),...,u2n~U(0,1).
(7) yi←un+if(xi).
(8) 撒點(diǎn)(x9i),y(i)),i=1,2,...,n.
3.2.3算法3
更普適理論的算法
(1) n~Poisson(λA(C)).
(2) 如果n=0,退出結(jié)束。否則生成n個點(diǎn)(xi,yi),i=1,2,...,n在C中均勻分布。
(3) 撒點(diǎn)(xi,yi).
注意:如果區(qū)域C不是規(guī)則的,那么步驟2不能直接得到,在二維情景中,可以生成一個矩形區(qū)域C'包含區(qū)域C。
Reference:Generating Homogeneous Poisson Processes。