Случайное компактное множество — случайная величина со значениями в компактных множествах . Случайные компактные множества используются при изучении аттракторов случайных динамических систем .
Определение
Пусть
K
{\displaystyle {\mathcal {K}}}
— множество всех компактных подмножеств
R
2
{\displaystyle \mathbb {R} ^{2}}
. На
K
{\displaystyle {\mathcal {K}}}
можно определить метрику Хаусдорфа
h
{\displaystyle h}
:
h
(
K
1
,
K
2
)
=
inf
{
ε ε -->
>
0
:
K
1
⊆ ⊆ -->
K
2
⨁ ⨁ -->
B
(
0
,
ε ε -->
)
,
K
2
⊆ ⊆ -->
K
1
⨁ ⨁ -->
B
(
0
,
ε ε -->
)
}
.
{\displaystyle h(K_{1},K_{2})=\inf \left\{\varepsilon >0:K_{1}\subseteq K_{2}\bigoplus B(0,\varepsilon ),K_{2}\subseteq K_{1}\bigoplus B(0,\varepsilon )\right\}.}
С такой метрикой
h
{\displaystyle h}
множество
K
{\displaystyle {\mathcal {K}}}
становится полным сепарабельным метрическим пространством . Соответствующие открытые подмножества порождают борелевскую
σ σ -->
{\displaystyle \sigma }
-алгебру
B
K
{\displaystyle {\mathfrak {B}}_{K}}
множества
K
{\displaystyle {\mathcal {K}}}
.
Тогда случайное компактное множество — это измеримая функция из некоторого вероятностного пространства
(
Ω Ω -->
,
F
,
P
)
{\displaystyle (\Omega ,{\mathcal {F}},\mathbf {P} )}
в измеримое пространство
(
K
,
B
K
)
{\displaystyle ({\mathcal {K}},{\mathfrak {B}}_{K})}
. Случайные компактные множества в этом смысле — то же, что случайные замкнутые множества у Матерона[ 1] . Следовательно, их распределение задается вероятностями
P
(
X
∩ ∩ -->
K
=
∅ ∅ -->
)
,
K
∈ ∈ -->
K
.
{\displaystyle \mathbf {P} (X\cap K=\emptyset ),\ \ \ K\in {\mathcal {K}}.}
Распределение случайного компактного выпуклого множества также задается системой всех вероятностей включения
P
(
X
⊂ ⊂ -->
K
)
.
{\displaystyle \mathbf {P} (X\subset K).}
Связанные определения
Для
K
=
{
x
}
{\displaystyle K=\{x\}}
определена вероятность
P
(
x
∈ ∈ -->
X
)
{\displaystyle \mathbf {P} (x\in X)}
, которая удовлетворяет соотношению
P
(
x
∈ ∈ -->
X
)
=
1
− − -->
P
(
x
∉
X
)
.
{\displaystyle \mathbf {P} (x\in X)=1-\mathbf {P} (x\not \in X).}
Тогда можно задать функцию покрытия
p
X
{\displaystyle p_{X}}
формулой
p
X
(
x
)
=
P
(
x
∈ ∈ -->
X
)
,
x
∈ ∈ -->
R
2
.
{\displaystyle p_{X}(x)=\mathbf {P} (x\in X),\;x\in \mathbb {R} ^{2}.}
Функция покрытия принимает значения между
0
{\displaystyle 0}
и
1
{\displaystyle 1}
и может интерпретироваться как математическое ожидание индикаторной функции
1
X
(
x
)
:
{\displaystyle \mathbf {1} _{X}(x):}
p
X
(
x
)
=
E
1
X
(
x
)
.
{\displaystyle p_{X}(x)=\mathbf {E} \mathbf {1} _{X}(x).}
Множество
b
X
{\displaystyle b_{X}}
всех
x
∈ ∈ -->
R
2
{\displaystyle x\in \mathbb {R} ^{2}}
с
p
X
(
x
)
>
0
{\displaystyle p_{X}(x)>0}
называется базой
X
.
{\displaystyle X.}
Множество
k
X
{\displaystyle k_{X}}
всех
x
∈ ∈ -->
R
2
{\displaystyle x\in \mathbb {R} ^{2}}
с
p
X
(
x
)
=
1
{\displaystyle p_{X}(x)=1}
называется ядром , множеством фиксированных точек , или существенным минимумом
e
(
X
)
{\displaystyle e(X)}
. Если
X
1
,
X
2
,
… … -->
{\displaystyle X_{1},X_{2},\ldots }
— это последовательность независимых одинаково распределенных случайных компактных множеств, то почти наверное
⋂ ⋂ -->
i
=
1
∞ ∞ -->
X
i
=
e
(
X
)
{\displaystyle \bigcap _{i=1}^{\infty }X_{i}=e(X)}
и
⋂ ⋂ -->
i
=
1
∞ ∞ -->
X
i
{\displaystyle \bigcap _{i=1}^{\infty }X_{i}}
сходится почти наверное к
e
(
X
)
.
{\displaystyle e(X).}
Примечания
Литература
Матерон Ж. (1978) Случайные множества и интеrральная геометрия, пер. с англ., М.: Мир.
Stoyan D., and H.Stoyan (1994) Fractals, Random Shapes and Point Fields. John Wiley & Sons, Chichester, New York.