ランダムウォーク

次元ランダムウォークの軌跡。ステップを小さくした極限ではブラウン運動が得られる。

ランダムウォークとは、「次に現れるものの確率」が不規則(ランダム)に決定される運動のこと。一見すると、「不規則で落ち着きのない動き」をしているように見えても、全体的に見ると実は「連続である」ことを指す。

日本語では、乱歩(らんぽ)、または酔歩(すいほ)と呼ばれることがある。グラフなどで視覚的に測定することで、観測可能な現象である。

ブラウン運動と共に、統計力学、量子力学、数理ファイナンス等の具体的モデル化に盛んに応用される。

ランダムウォークの数学的定義

Xn (n = 1 , 2 , ...) を独立かつ同分布R 値確率変数族とする。この時、

S_n = X_1 + \cdots + X_n

を(d 次元ランダムウォーク (d dimensional random walk , RW) という。

特に、XnZ 値であり、かつ、

P( X_n = (0 , \cdots , 0 , 1 , 0 , \cdots , 0) ) = \frac{1}{2d}

(上式の d 次元ベクトルは第 d 成分が 1 である事を示す)である時、Sn を(d 次元単純ランダムウォーク (d dimensional simple random walk) という。

ランダムウォークの例

コイントスにおいて、コインを投げて「裏と表が出る確率」は、共に二分の一である。

数直線上の点について、コインを投げて表が出た場合に点を右(正の方向)に進め、裏が出た場合に点を左(負の方向)に進める試行(1次元のランダムウォーク)を無限回繰り返した場合に、点がある位置に存在する確率は正規分布で示される。

しかし、点が正の領域にいる時間の割合xの分布は、1/\pi \sqrt{x(1-x)}確率密度を持つ(負の領域にいる時間の割合は1 − x)。これはx = 0およびx = 1で無限大に発散するグラフである。

すなわち、正・負のそれぞれの領域に半々ずつ点がいる確率よりも、どちらかの領域に多くいる確率の方がはるかに高い結果となる。

ランダムウォークの基本的性質

1. 再帰性

1 または 2 次元単純ランダムウォークは再帰的であり、3 次元以上のランダムウォークは過渡的である。

2. Donsker の定理の系

Xn (n = 0 , 1 , ...) を平均 0 かつ分散 1 の独立かつ同分布な 1 次元ランダムウォークとし、

St = Snift = n,linearifn < t < n + 1

で定義すると、各 t ≧ 0 に対して次が成立する。

P ( | \frac{S_{nt}}{\sqrt{n}} - B_t | < \varepsilon ) \rightarrow 0 \textrm{ for all } \varepsilon > 0

ランダムウォークの応用

レビのダスト 宇宙空間の星の分布のモデルとして考えられた点の分布。点の進む方向をランダム進行距離の分布がベキ級数で与えられるようなランダムウォーク


自己回避ランダムウォーク 軌跡が交差しないランダムウォーク。理論的な解析は困難。高分子の幾何学的構造、海岸線などのモデルとして利用されている。

◇出典: フリー百科事典ウィキペディア(Wikipedia)『ランダムウォーク』より
取得日:2008-08-02

ランダムウォークの関連サイト

ランダムウォーク 関連サイトをもっと見る

↑ページの上にもどる