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==转移概率矩阵的特征值==
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===转移概率矩阵的特征值===
 
下面考察<math>P</math>的特征值,由于<math>P</math>的行和为<math>1</math>,那么
 
下面考察<math>P</math>的特征值,由于<math>P</math>的行和为<math>1</math>,那么
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<math>P\mathbf{1}=\begin{bmatrix}
 
<math>P\mathbf{1}=\begin{bmatrix}
 
p_{11}& p_{12}&\ldots\\
 
p_{11}& p_{12}&\ldots\\
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\vdots\\
 
\vdots\\
 
\end{bmatrix}=\mathbf{1}.</math>
 
\end{bmatrix}=\mathbf{1}.</math>
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即<math>1</math>是<math>P</math>的特征值,且对应的特征向量为</math>\mathbf{1}</math>。另一方面,
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即<math>1</math>是<math>P</math>的特征值,且对应的特征向量为</math>\mathbf{1}</math>。
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另一方面,
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<math>det(P-\lambda I)=det((P-\lambda I)^{\rm T})=det(P^{\rm T}-\lambda I).</math>
 
<math>det(P-\lambda I)=det((P-\lambda I)^{\rm T})=det(P^{\rm T}-\lambda I).</math>
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所以,<math>1</math>也是<math>P^{\rm T}</math>的特征值。
 
所以,<math>1</math>也是<math>P^{\rm T}</math>的特征值。
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注:即方程<math>\pi=\pi P</math>总有非零解,这与马尔可夫链是否有极限没有关系。
 
注:即方程<math>\pi=\pi P</math>总有非零解,这与马尔可夫链是否有极限没有关系。
    
进一步,若<math>\pi_0</math>是方程<math>\pi=\pi P</math>的解,那么由递推关系得
 
进一步,若<math>\pi_0</math>是方程<math>\pi=\pi P</math>的解,那么由递推关系得
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<math>\pi_n=\pi_0P^n=\pi P^n=\pi.</math>
 
<math>\pi_n=\pi_0P^n=\pi P^n=\pi.</math>
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即若<math>P(X_0=i)=\pi_0(i)</math>,有<math>\forall\ n,\ P(X_n=i)=\pi_0(i)</math>,称<math>\pi_0</math>为平稳分布。
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即若<math>P(X_0=i)=\pi_0(i)</math>,有
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<math>\forall\ n,\ P(X_n=i)=\pi_0(i)</math>,
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即<math>\pi_0</math>为平稳分布。
    
进一步,设<math>\lambda</math>为<math>P</math>的任一特征值,对应的特征向量为<math>x=(x_1,x_2,\ldots)^{\rm T}</math>。那么,<math>\lambda</math>也是<math>P^{\rm T}</math>的特征值,且</math>\lambda x^{\rm T}=x^{\rm T}P^{\rm T}</math>,展开得
 
进一步,设<math>\lambda</math>为<math>P</math>的任一特征值,对应的特征向量为<math>x=(x_1,x_2,\ldots)^{\rm T}</math>。那么,<math>\lambda</math>也是<math>P^{\rm T}</math>的特征值,且</math>\lambda x^{\rm T}=x^{\rm T}P^{\rm T}</math>,展开得
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<math>\lambda x_j=\sum_{i}p_{ij}x_i.</math>
 
<math>\lambda x_j=\sum_{i}p_{ij}x_i.</math>
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不失一般性,假设<math>|x_j|=\max_{k}|x_i|</math>,那么
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不失一般性,假设
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<math>|x_j|=\max_{k}|x_i|</math>,
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那么
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<math>|\lambda|\cdot|x_j|=\Big|\sum_i p_{ij}x_i\Big|\leq\sum_{i}p_{ij}|x_i|\leq\sum_{i}p_{ij}|x_j|=|x_j|.</math>
 
<math>|\lambda|\cdot|x_j|=\Big|\sum_i p_{ij}x_i\Big|\leq\sum_{i}p_{ij}|x_i|\leq\sum_{i}p_{ij}|x_j|=|x_j|.</math>
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那么,<math>|\lambda|\leq 1</math>。
 
那么,<math>|\lambda|\leq 1</math>。
 
注:上述两条性质对于一般的随机矩阵均成立。
 
注:上述两条性质对于一般的随机矩阵均成立。
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