Стохастический
В этой статье может быть слишком много заголовков разделов . ( январь 2020 г. ) |
Стохастический ( / s t ə ˈ k æ s t ɪ k / ; от древнегреческого στόχος ( stókhos ) 'целиться, угадывать') [1] относится к свойству хорошо описываться случайным распределением вероятностей . [1] Хотя стохастичность и случайность отличаются тем, что первая относится к подходу моделирования, а вторая относится к самим явлениям, эти два термина часто используются как синонимы . Кроме того, в теории вероятностей формальное понятие случайного процесса также называется случайным процессом . [2] [3] [4] [5] [6]
Стохастичность используется во многих различных областях, включая естественные науки, такие как биология , [7] химия , [8] экология , [9] неврология , [10] и физика , [11] а также технологии и инженерные области, такие как обработка изображений , обработка сигналов , [12] теория информации , [13] Информатика , [14] криптография , [15] и телекоммуникации . [16] Он также используется в финансах из-за, казалось бы, случайных изменений на различных рынках финансового сектора. [17] [18] [19] а также в медицине, лингвистике, музыке, средствах массовой информации, теории цвета, ботанике, производстве и геоморфологии.
Этимология
[ редактировать ]Слово «стохастический» в английском языке первоначально использовалось как прилагательное с определением «относящийся к предположению» и произошло от греческого слова, означающего «нацеливаться на отметку, угадывать», а Оксфордский словарь английского языка называет 1662 год самым ранним появлением этого слова. . [1] В своей работе о вероятности Ars Conjectandi , первоначально опубликованной на латыни в 1713 году, Якоб Бернулли использовал фразу «Ars Conjectandi sive Stochastice», которая переводится как «искусство предположения или стохастика». [20] Эту фразу по отношению к Бернулли использовал Ладислав Борткевич . [21] который в 1917 году написал по-немецки слово «Сточастик» , означающее «случайность». Термин «стохастический процесс» впервые появился на английском языке в статье Джозефа Л. Дуба в 1934 году . [1] Что касается этого термина и конкретного математического определения, Дуб процитировал другую статью 1934 года, где термин стохастический процесс использовался на немецком языке Александром Хинчиным : [22] [23] хотя немецкий термин использовался ранее, в 1931 году, Андреем Колмогоровым . [24]
Математика
[ редактировать ]В начале 1930-х годов Александр Хинчин дал первое математическое определение случайного процесса как семейства случайных величин, индексированных вещественной линией. [25] [22] [а] Дальнейшая фундаментальная работа по теории вероятностей и случайным процессам была проделана Хинчиным, а также другими математиками, такими как Андрей Колмогоров , Джозеф Дуб , Уильям Феллер , Морис Фреше , Поль Леви , Вольфганг Деблин и Харальд Крамер . [27] [28] Десятилетия спустя Крамер назвал 1930-е годы «героическим периодом математической теории вероятностей». [28]
В математике теория случайных процессов является важным вкладом в теорию вероятностей . [29] и продолжает оставаться активной темой исследований как теории, так и приложений. [30] [31] [32]
Слово стохастический используется для описания других терминов и объектов математики. Примеры включают стохастическую матрицу , которая описывает стохастический процесс, известный как марковский процесс , и стохастическое исчисление, которое включает в себя дифференциальные уравнения и интегралы, основанные на случайных процессах, таких как винеровский процесс , также называемый процессом броуновского движения.
Естественные науки
[ редактировать ]Одним из простейших стохастических процессов с непрерывным временем является броуновское движение . Впервые это заметил ботаник Роберт Браун , рассматривая в микроскоп пыльцевые зерна в воде.
Физика
[ редактировать ]Метод Монте-Карло — стохастический метод, популяризированный исследователями-физиками Станиславом Уламом , Энрико Ферми , Джоном фон Нейманом и Николасом Метрополисом . [33] Использование случайности и повторяющийся характер процесса аналогичны действиям, проводимым в казино.Методы моделирования и статистической выборки обычно действовали наоборот: использовали моделирование для проверки ранее понятной детерминированной проблемы. Хотя примеры «перевернутого» подхода исторически существуют, они не считались общим методом до тех пор, пока не распространилась популярность метода Монте-Карло.
Возможно, самое известное раннее использование было сделано Энрико Ферми в 1930 году, когда он использовал случайный метод для расчета свойств недавно открытого нейтрона . Методы Монте-Карло играли центральную роль в моделировании, необходимом для Манхэттенского проекта , хотя они были сильно ограничены вычислительными инструментами того времени. Поэтому только после создания электронных компьютеров (с 1945 г.) методы Монте-Карло начали углубленно изучаться. В 1950-х годах они использовались в Лос-Аламосе для первых работ, связанных с разработкой водородной бомбы , и стали популяризироваться в области физики , физической химии и исследования операций . Корпорация RAND и ВВС США были двумя основными организациями, ответственными за финансирование и распространение информации о методах Монте-Карло в то время, и они начали находить широкое применение во многих различных областях.
Использование методов Монте-Карло требует большого количества случайных чисел, и именно их использование стимулировало разработку генераторов псевдослучайных чисел , которые можно было использовать гораздо быстрее, чем таблицы случайных чисел, которые ранее использовались для статистической выборки.
Биология
[ редактировать ]Стохастический резонанс . Было обнаружено, что в биологических системах введение стохастического «шума» помогает улучшить силу сигнала внутренних петель обратной связи для баланса и других вестибулярных коммуникаций. [34] Было обнаружено, что он помогает пациентам с диабетом и инсультом контролировать баланс. [35] Многие биохимические события также поддаются стохастическому анализу. Экспрессия генов , например, имеет стохастический компонент из-за молекулярных столкновений — как во время связывания и разъединения РНК-полимеразы с промотором гена раствора — через броуновское движение .
Креативность
[ редактировать ]Саймонтон (2003, Psych Bulletin ) утверждает, что креативность в науке (учёных) — это ограниченное стохастическое поведение, при котором новые теории во всех науках являются, по крайней мере частично, продуктом случайного процесса . [36]
Информатика
[ редактировать ]Стохастическая трассировка лучей — это применение моделирования Монте-Карло к компьютерной графики алгоритму трассировки лучей . « Распределенная трассировка лучей производит выборку подынтегрального выражения во многих случайно выбранных точках и усредняет результаты для получения лучшего приближения. По сути, это применение метода Монте-Карло к 3D-компьютерной графике , и по этой причине его также называют стохастической трассировкой лучей ». [ нужна ссылка ]
Стохастическая криминалистика анализирует компьютерные преступления, рассматривая компьютеры как стохастические шаги.
В области искусственного интеллекта стохастические программы работают, используя вероятностные методы для решения проблем, например, в моделируемом отжиге , стохастических нейронных сетях , стохастической оптимизации , генетических алгоритмах и генетическом программировании . Сама проблема также может быть стохастической, как, например, при планировании в условиях неопределенности.
Финансы
[ редактировать ]Финансовые рынки используют стохастические модели для представления кажущегося случайным поведения различных финансовых активов, включая случайное поведение цены одной валюты по сравнению с ценой другой (например, цена доллара США по сравнению с ценой евро), а также для представления случайного поведения процентных ставок . Эти модели затем используются количественными аналитиками для оценки опционов на цены акций, цены облигаций и процентные ставки, см. Модели Маркова . Более того, он находится в центре страховой отрасли .
Геоморфология
[ редактировать ]Формирование речных меандров проанализировано как случайный процесс.
Язык и лингвистика
[ редактировать ]Недетерминистические подходы в изучении языка во многом вдохновлены работами Фердинанда де Соссюра , например, по функционалистской лингвистической теории , которая утверждает, что компетентность основана на результативности . [37] [38] Это различие в функциональных теориях грамматики следует тщательно отличать от различия языка и условного выражения . Поскольку лингвистические знания составляются из опыта общения с языком, грамматика считается скорее вероятностной и изменчивой, чем фиксированной и абсолютной. Эта концепция грамматики как вероятностной и изменчивой вытекает из идеи, что компетентность человека меняется в соответствии с его опытом общения с языком. Хотя эта концепция оспаривается, [39] он также обеспечил основу для современной статистической обработки естественного языка. [40] и для теорий изучения и изменения языка. [41]
Производство
[ редактировать ]Предполагается, что производственные процессы являются случайными процессами . Это предположение в значительной степени справедливо как для непрерывных, так и для серийных производственных процессов. Тестирование и мониторинг процесса фиксируются с помощью карты управления процессом , на которой заданный параметр управления процессом отображается с течением времени. Обычно одновременно отслеживается дюжина или более параметров. Статистические модели используются для определения предельных линий, которые определяют, когда необходимо предпринять корректирующие действия, чтобы вернуть процесс в запланированное рабочее окно.
Тот же подход используется в сфере услуг, где параметры заменяются процессами, связанными с соглашениями об уровне обслуживания.
СМИ
[ редактировать ]Маркетинг и изменение вкусов и предпочтений аудитории, а также пропаганда и научная привлекательность определенных кино- и телевизионных дебютов (т. е. их первые выходные, сарафанное радио, самые важные знания среди опрошенных групп). , узнаваемость звездных имен и другие элементы охвата социальных сетей и рекламы) частично определяются с помощью стохастического моделирования. Недавнюю попытку повторного бизнес-анализа предприняли японские учёные. [ нужна ссылка ] и является частью системы Cinematic Contagion Systems, запатентованной Женевским медиа-холдингом, и такое моделирование использовалось при сборе данных со времен первоначальных рейтингов Nielsen для современных студийных и телевизионных тестовых аудиторий.
Лекарство
[ редактировать ]Стохастический эффект, или «случайный эффект» — это одна из классификаций радиационных эффектов, которая относится к случайному, статистическому характеру ущерба. В отличие от детерминистического эффекта, тяжесть не зависит от дозы. С увеличением дозы увеличивается только вероятность эффекта.
Музыка
[ редактировать ]В музыке процессы, основанные на вероятности , математические могут генерировать случайные элементы.
Стохастические процессы могут использоваться в музыке для создания фиксированного произведения или могут быть воспроизведены во время исполнения. Стохастическая музыка была впервые изобретена Яннисом Ксенакисом , который ввел термин стохастическая музыка . Конкретными примерами математики, статистики и физики, применяемыми к музыкальной композиции, являются использование статистической механики газов в Pithoprakta , статистического распределения точек на плоскости в Diamorphosis , минимальных ограничений в Achorripsis , нормального распределения в ST/10 и Atrées . Цепи Маркова в Analogiques , теория игр в Duel and Strategie , теория групп в Nomos Alpha (для Зигфрида Пальма ), теория множеств в Herma и Eonta , [42] и броуновское движение в Н'Шиме . [ нужна ссылка ] Ксенакис часто использовал компьютеры для создания своих партитур, таких как серия ST , включая Morsima-Amorsima и Atrées , и основал CEMAMu . Ранее Джон Кейдж и другие сочиняли алеаторическую или неопределенную музыку , которая создается случайными процессами, но не имеет строгой математической основы ( например, в «Музыке перемен» Кейджа используется система диаграмм, основанная на « И-Цзин »). Лехарен Хиллер и Леонард Иссаксон использовали порождающие грамматики и цепи Маркова в своей «Иллиак-сюите» 1957 года . Современные методы производства электронной музыки делают эти процессы относительно простыми в реализации, а многие аппаратные устройства, такие как синтезаторы и драм-машины, включают функции рандомизации. Таким образом, генеративные музыкальные методы легко доступны композиторам, исполнителям и продюсерам.
Социальные науки
[ редактировать ]Стохастическая теория социальных наук похожа на теорию систем в том, что события представляют собой взаимодействия систем, хотя и с заметным акцентом на бессознательные процессы. Событие создает свои собственные условия возможности, делая его непредсказуемым хотя бы из-за количества задействованных переменных. Теорию стохастической социальной науки можно рассматривать как разработку своего рода «третьей оси», в которой человеческое поведение можно расположить рядом с традиционной оппозицией «природа против воспитания». См. Юлию Кристеву об использовании «семиотики», Люсе Иригарей об обратной хайдеггеровской эпистемологии и Пьера Бурдье о политетическом пространстве для примеров стохастической теории социальных наук. [ нужна ссылка ]
Термин «стохастический терроризм» стал часто использоваться. [43] Что касается терроризма одинокого волка . Термины «сценарий насилия» и «стохастический терроризм» связаны соотношением «причина <> следствие». Риторика «сценарного насилия» может привести к акту «стохастического терроризма». Фраза «насилие по сценарию» используется в социальных науках как минимум с 2002 года. [44]
Автор Дэвид Нейверт, написавший книгу «Альтернативная Америка» , рассказал интервьюеру Салона Чонси Девеге:
Сценарий насилия – это когда человек, имеющий национальную платформу, описывает вид насилия, который он хочет совершить. Он определяет цели и оставляет на усмотрение слушателей осуществить это насилие. Это форма терроризма. Это акт и социальное явление, при котором существует соглашение о применении массового насилия в отношении целого сегмента общества. Опять же, это насилие возглавляют люди, занимающие высокие посты в средствах массовой информации и правительстве. Именно они пишут сценарии, а выполняют их обычные люди.
Думайте об этом как о Чарльзе Мэнсоне и его последователях. Мэнсон написал сценарий; он не совершал ни одного из этих убийств. Он просто поручил своим последователям их выполнить. [45]
Субтрактивная цветопередача
[ редактировать ]При воспроизведении цвета изображение разделяется на составляющие цвета путем создания нескольких фотографий, отфильтрованных по каждому цвету. Одна полученная пленка или пластина представляет каждый из голубых, пурпурных, желтых и черных данных. Цветная печать представляет собой бинарную систему, в которой чернила либо присутствуют, либо отсутствуют, поэтому все цветоделения, подлежащие печати, должны быть переведены в точки на определенном этапе рабочего процесса. Традиционные линейные экраны с амплитудной модуляцией имели проблемы с муаром , но использовались до тех пор, пока не стало доступно стохастическое экранирование . Стохастический (или частотно-модулированный ) точечный рисунок создает более четкое изображение.
См. также
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д «Стохастик» . Lexico Британский словарь английского языка . Издательство Оксфордского университета . Архивировано из оригинала 2 января 2020 года.
- ^ Роберт Дж. Адлер; Джонатан Э. Тейлор (29 января 2009 г.). Случайные поля и геометрия . Springer Science & Business Media. стр. 7–8. ISBN 978-0-387-48116-6 .
- ^ Дэвид Стирзакер (2005). Стохастические процессы и модели . Издательство Оксфордского университета. п. 45. ИСБН 978-0-19-856814-8 .
- ^ Лоик Шомон; Марк Йор (19 июля 2012 г.). Упражнения по вероятности: экскурсия от теории меры к случайным процессам через обусловливание . Издательство Кембриджского университета. п. 175. ИСБН 978-1-107-60655-5 .
- ^ Мюррей Розенблатт (1962). Случайные процессы . Издательство Оксфордского университета. п. 91. ИСБН 9780758172174 .
- ^ Олав Калленберг (8 января 2002 г.). Основы современной вероятности . Springer Science & Business Media. стр. 24 и 25. ISBN. 978-0-387-95313-7 .
- ^ Пол С. Бресслофф (22 августа 2014 г.). Случайные процессы в клеточной биологии . Спрингер. ISBN 978-3-319-08488-6 .
- ^ Н.Г. Ван Кампен (30 августа 2011 г.). Случайные процессы в физике и химии . Эльзевир. ISBN 978-0-08-047536-3 .
- ^ Рассел Ланде; Стейнар Энген; Бернт-Эрик Сетер (2003). Стохастическая динамика численности населения в экологии и охране природы . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-852525-7 .
- ^ Карло Лэнг; Габриэль Дж. Лорд (2010). Стохастические методы в неврологии . ОУП Оксфорд. ISBN 978-0-19-923507-0 .
- ^ Вольфганг Пауль; Йорг Башнагель (11 июля 2013 г.). Случайные процессы: от физики к финансам . Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-319-00327-6 .
- ^ Эдвард Р. Догерти (1999). Случайные процессы обработки изображений и сигналов . SPIE Оптическая инженерия. ISBN 978-0-8194-2513-3 .
- ^ Томас М. Кавер; Джой А. Томас (28 ноября 2012 г.). Элементы теории информации . Джон Уайли и сыновья. п. 71. ИСБН 978-1-118-58577-1 .
- ^ Майкл Барон (15 сентября 2015 г.). Вероятность и статистика для компьютерщиков, второе издание . ЦРК Пресс. п. 131. ИСБН 978-1-4987-6060-7 .
- ^ Джонатан Кац; Иегуда Линделл (31 августа 2007 г.). Введение в современную криптографию: принципы и протоколы . ЦРК Пресс. п. 26. ISBN 978-1-58488-586-3 .
- ^ Франсуа Бачелли; Бартломей Блащишин (2009). Стохастическая геометрия и беспроводные сети . Now Publishers Inc., стр. 200–. ISBN 978-1-60198-264-3 .
- ^ Дж. Майкл Стил (2001). Стохастическое исчисление и финансовые приложения . Springer Science & Business Media. ISBN 978-0-387-95016-7 .
- ^ Марек Мусиела; Марек Рутковски (21 января 2006 г.). Методы Мартингейла в финансовом моделировании . Springer Science & Business Media. ISBN 978-3-540-26653-2 .
- ^ Стивен Э. Шрив (3 июня 2004 г.). Стохастическое исчисление в финансах II: модели непрерывного времени . Springer Science & Business Media. ISBN 978-0-387-40101-0 .
- ^ О.Б. Шейнин (2006). Теория вероятностей и статистика на примере коротких изречений . НГ Верлаг. п. 5. ISBN 978-3-938417-40-9 .
- ^ Оскар Шейнин; Генрих Штрекер (2011). Александр Алексеевич Чупров: жизнь, творчество, переписка . В&Р Юнипресс ГмбХ. п. 136. ИСБН 978-3-89971-812-6 .
- ^ Jump up to: а б Дуб, Джозеф (1934). «Стохастические процессы и статистика» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 20 (6): 376–379. Бибкод : 1934PNAS...20..376D . дои : 10.1073/pnas.20.6.376 . ПМЦ 1076423 . ПМИД 16587907 .
- ^ Хинчин, А. (1934). «Корреляционная теория стационарных случайных процессов». Математические летописи . 109 (1): 604–615. дои : 10.1007/BF01449156 . ISSN 0025-5831 . S2CID 122842868 .
- ^ Колмогоров А. (1931). «Об аналитических методах теории вероятностей». Математические летописи . 104 (1): 1. дои : 10.1007/BF01457949 . ISSN 0025-5831 . S2CID 119439925 .
- ^ Вер-Джонс, Дэвид (2006). «Хинчин, Александр Яковлевич». Энциклопедия статистических наук . п. 4. дои : 10.1002/0471667196.ess6027.pub2 . ISBN 0471667196 .
- ^ Снелл, Дж. Лори (2005). «Некролог: Джозеф Леонард Дуб» . Журнал прикладной вероятности . 42 (1): 251. doi : 10.1239/jap/1110381384 . ISSN 0021-9002 .
- ^ Бингхэм, Н. (2000). «Исследования по истории вероятности и статистике XLVI. Мера в вероятность: от Лебега до Колмогорова». Биометрика . 87 (1): 145–156. дои : 10.1093/biomet/87.1.145 . ISSN 0006-3444 .
- ^ Jump up to: а б Крамер, Харальд (1976). «Полвека с теорией вероятностей: некоторые личные воспоминания» . Анналы вероятности . 4 (4): 509–546. дои : 10.1214/aop/1176996025 . ISSN 0091-1798 .
- ^ Эпплбаум, Дэвид (2004). «Процессы Леви: от вероятности к финансам и квантовым группам». Уведомления АМС . 51 (11): 1336–1347.
- ^ Йохен Блат; Питер Имкеллер; Сильви Рулли (2011). Исследования случайных процессов . Европейское математическое общество. стр. 5–. ISBN 978-3-03719-072-2 .
- ^ Мишель Талагранд (12 февраля 2014 г.). Верхние и нижние границы случайных процессов: современные методы и классические проблемы . Springer Science & Business Media. стр. 4–. ISBN 978-3-642-54075-2 .
- ^ Пол С. Бресслофф (22 августа 2014 г.). Случайные процессы в клеточной биологии . Спрингер. стр. VII–IX. ISBN 978-3-319-08488-6 .
- ^ Дуглас Хаббард «Как что-либо измерить: определение ценности нематериальных активов в бизнесе» с. 46, Джон Уайли и сыновья, 2007 г.
- ^ Хэнги, П. (2002). «Стохастический резонанс в биологии: как шум может улучшить обнаружение слабых сигналов и улучшить обработку биологической информации». ХимияФизХим . 3 (3): 285–90. doi : 10.1002/1439-7641(20020315)3:3<285::AID-CPHC285>3.0.CO;2-A . ПМИД 12503175 .
- ^ Приплата, А.; и др. (2006). «Контроль баланса с усиленным шумом у пациентов с диабетом и пациентов с инсультом» (PDF) . Энн Нейрол . 59 (1): 4–12. дои : 10.1002/ana.20670 . ПМИД 16287079 . S2CID 3140340 .
- ^ Саймонтон, Дин Кейт (июль 2003 г.). «Научное творчество как ограниченное стохастическое поведение: интеграция перспектив продукта, человека и процесса» . Психологический вестник . 129 (4): 475–94. дои : 10.1037/0033-2909.129.4.475 . ПМИД 12848217 . Проверено 31 марта 2024 г.
- ^ Ньюмейер, Фредерик. 2001. «Пражская школа и североамериканские функционалистские подходы к синтаксису» Journal of Linguistics 37, стр. 101–126. «Поскольку большинство американских функционалистов придерживаются этой тенденции, я буду называть ее и ее сторонников инициалами «USF». Некоторые из наиболее выдающихся USF — это Джоан Байби , Уильям Крофт , Талми Гивон , Джон Хайман , Пол Хоппер , Марианна Митхун и Сандра Томпсон . В своей наиболее радикальной форме (Hopper 1987, 1988) USF отвергает дихотомии Соссюра, такие как язык и слово. Диахрония. Все приверженцы этой тенденции считают, что отстаивание четкого различия между компетентностью и деятельностью в лучшем случае непродуктивно, а в худшем — теоретически немотивировано;"
- ^ Байби, Джоан. «Фонология, основанная на использовании». п. 213 в Дарнеле, Майк (ред.). 1999. Функционализм и формализм в лингвистике: общие статьи. Издательская компания Джона Бенджаминса
- ^ Хомский (1959). Обзор вербального поведения Скиннера, Язык, 35: 26–58.
- ^ Мэннинг и Шютце, (1999) Основы статистической обработки естественного языка , MIT Press. Кембридж, Массачусетс
- ^ Байби (2007) Частота использования и организация языка. Оксфорд: Издательство Оксфордского университета
- ^ Илиас Криссохоидис, Ставрос Хулиарас и Христос Мицакис, Ксенакиса «Теория множеств в EONTA » , на Международном симпозиуме Яннис Ксенакис , изд. Анастасия Георгаки и Макис Соломос (Афины: Национальный университет Каподистрии, 2005), 241–249.
- ↑ Энтони Скарамуччи говорит, что не поддерживает переизбрание президента Трампа на YouTube, опубликовано 12 августа 2019 г. CNN.
- ^ Хамамото, Даррелл Ю. (2002). «Империя смерти: милитаризованное общество и рост серийных и массовых убийств». Новая политическая наука . 24 (1): 105–120. дои : 10.1080/07393140220122662 . S2CID 145617529 .
- ^ ДеВега, Чонси (1 ноября 2018 г.). «Автор Дэвид Нейверт о вспышке политического насилия» . Салон . Проверено 13 декабря 2018 г.
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Формализованная музыка: мысль и математика в композиции Янниса Ксенакиса , ISBN 1-57647-079-2
- Частота и появление лингвистической структуры Джоан Байби и Пол Хоппер (ред.), ISBN 1-58811-028-1 / ISBN 90-272-2948-1 (европейский)
- Модель стохастической эмпирической загрузки и разбавления предоставляет документацию и компьютерный код для моделирования случайных процессов в Visual Basic для приложений .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Словарное определение стохастика в Викисловаре