随机矩阵(Stochastic Matrix)或转移矩阵(Transition Matrix)
右随机矩阵—每个行总和为1

在数学中,随机矩阵是用于描述马尔可夫链的转换方阵。其每个项(或条目)是表示概率的非负实数。它也被称为概率矩阵、转移矩阵、置换矩阵或马尔可夫矩阵。随机矩阵最初是由Andrey Markov在20世纪初开发的且已广泛应用于各种科学领域,包括概率论、统计学、数学金融学和线性代数以及计算机科学和群体遗传学。随机矩阵有几种不同的定义和类型:

1). 右随机矩阵(right stochastic matrix )是一个真正的方阵,每个行总和为1。
2). 左随机矩阵(left stochastic matrix)是一个真正的方阵,每个列求和为1。
3). 双随机矩阵(doubly stochastic matrix)与每个行和列求和,以1的非负实数的平方矩阵。

同样,我们能把随机向量(也称为概率向量)定义为向量,其元素是非负实数,其总和为1>因此,右随机矩阵的每一行(或左随机矩阵的每一列)是随机向量。英语数学文献中的一个常见惯例是使用概率和右随机矩阵的行向量而不是概率和左随机矩阵的列向量 ; 本文遵循该惯例。

1. 历史

随机矩阵是由马尔科夫链与俄罗斯数学家和圣彼得堡大学教授安德烈·马尔科夫一起开发的,他于1906年首次发表该主题。他最初的预期用途是用于语言分析和其他数学科目一样,如洗牌,但马尔可夫链和矩阵在其它领域迅速得到应用。

随机矩阵由Andrey Kolmogorov等进一步发展,他们通过允许连续时间马尔可夫过程扩展它们的可能性。到20世纪50年代,使用随机矩阵的文章出现在计量经济学和电路理论领域。在20世纪60年代,随机矩阵出现在更广泛的科学着作中,从行为科学到地质学到住宅规划。此外,在这几十年中还进行大量的数学工作,以更广泛地改进随机矩阵和马尔可夫过程的使用范围和功能。

从20世纪70年代到现在,随机矩阵几乎在每个需要形式分析的领域都有用,从结构科学到医学诊断再到人事管理。此外,随机矩阵已广泛应用于土地变化建模,通常在术语马尔可夫矩阵下。

2. 定义和属性

随机矩阵描述马尔可夫链{X}在有限 状态空间S上有基数S小号。如果从i到j移动的概率 在一个时间步长是Pr(j|i)= P_{i,j},随机矩阵P通过使用 P_{i,j}被给出i是指第i行元素,j是指第j列元素,参见附件一,从i到所有状态(state)的概率和必须为1,因此它是一个右随机矩阵。

通常,由随机矩阵给出的有限马尔可夫链中从任何状态到另一个状态的概率转变P以k步给出,显示为P^{k}。指定系统初始位置和概率的状态的初始概率分布作为行向量给出。

一个固定概率向量π被定义为分布,写为行向量,在转换矩阵的应用下不会改变; 也就是说,它被定义为集合上的概率分布{1,...,N},它也是概率矩阵的行特征向量,与特征值 1相关联:

πP = π;

通过Gershgorin圆定理,每个右随机矩阵的右光谱半径最多为1 。另外,每个右随机矩阵具有与特征值1相关联的明显列特征向量:向量1,其坐标都等于1(只需观察乘以一行的坐标A时1等于行的项的总和,因此,它等于1)。由于方阵的左右特征值相同,每个随机矩阵至少具有与特征值1相关联的行特征向量且其所有特征值的最大绝对值也是1。最后,Brouwer不动点定理(应用于有限集的所有概率分布的紧致凸集{1,...,n}暗示存在一些左特征向量,它是一个静态概率向量。

另一方面,Perron-Frobenius定理确保每个不可约( irreducible)随机矩阵都具有这样的静止向量且特征值的最大绝对值总是为1;然而,这个定理不能直接应用于这样的矩阵,因为它们不必不可约。

通常,可能存在几个这样的载体。然而,对于具有严格正条目的矩阵或者更一般地,对于不可约的非周期性随机矩阵(请注意遍历是不可约、非周期和常返),该向量是唯一且能通过观察任何对象计算i,我们有以下限制,参见附件三。

在π_ {j}是行向量π的第j个行向量。除此之外,这说明在一个状态j的长期概率独立于初始状i。这两种计算给出相同的静止向量是遍历定理的一种形式,这在各种耗散动力系统中通常是正确的:系统随着时间的推移演变为静止状态。

直观上,随机矩阵表示马尔科夫链;把随机矩阵应用于概率分布,在保持原分布的总质量的同时重新分布原分布的概率质量。如果重复应用这个过程,分布收敛于马尔可夫链的平稳分布。

3. 例子:

猫和老鼠

假设有一个计时器和一行五个相邻的盒子,第一个盒子里有一只猫,第五个盒子里有一只鼠标,时间为0。当计时器前进时,猫和鼠标都跳到一个随机相邻的盒子。例如,如果猫在第二个盒子里,鼠标在第四个盒子里,那么在定时器前进后,猫在第一个盒子里,鼠标在第五个盒子里的概率是四分之一。如果猫在第一个盒子里,鼠标在第五个盒子里,那么在计时器前进后,猫在第二个盒子里,鼠标在第四个盒子里的概率是1。如果猫和老鼠都在同一个盒子里,那么猫就会吃掉老鼠,这时游戏就结束。随机变量K给出鼠标在游戏中停留的时间步数。

表示此游戏的马尔科夫链包含由位置组合(猫、鼠标)指定的以下五种状态。注意,而天真的枚举州将列出25个州,很多是不可能的因为鼠标可以从未指数低于猫(这意味着鼠标占领了猫的盒子和幸存下来搬过去),或者因为两个指标之和总是甚至平价。另外,将导致老鼠死亡的三种可能状态合并为一种,参见图四。

们使用随机矩阵P(下面),表示该系统的转移概率,该矩阵中的行和列由上面列出的可能状态索引,其中转换前状态为行和转换后状态为列。例如,从状态1 - 第1行开始 - 系统不可能保持这种状态,因此P_{11} = 0; 系统无法过渡到状态2 - 因为猫会留在同一个盒子里,因此P_{12} = 0以及鼠标的类似论点P_{14} = 0。允许转换到状态3或5,因此P_{13}≠ 0且P_{15} ≠ 0。

长期平均值:

无论初始状态如何,猫最终会抓住鼠标(概率为1)且静止状态π=(0,0,0,0,1)接近极限。为计算变量随机Y的长期平均值(或期望值),对每个状态Sj和时间tk,存在Y_{j,k}·P的贡献(S=Sj,t=tk)。 其生存被视为二元变量,幸存状态Y = 1;终止状态Y = 0。 Y=0的状态对长期平均值没有贡献。

相位表示:

由于状态5是吸收状态,吸收时间的分布是离散型相位型分布。假设系统在状态2中启动,由向量表示[0,1,0,0,0]。老鼠的死亡状态对生存平均值没有贡献,因此可忽略状态五。初始状态和转换矩阵可减少,其结果参见附件五,I是单位矩阵,1表示作为状态总和的所有1的列矩阵。由于每个状态被占用一段时间,因此鼠标生存的预期时间只是占用所有幸存状态概率和时间步长的总和,

【张小龙微信公开课PRO视频演讲:信息互联的7个思考】1月9日,微信公开课PRO在广州开幕,腾讯公司高级执行副总裁,微信事业群总裁张小龙,虽然缺席本次会议,但是他通过视频发表了开场演讲,阐述了他对信息互联的7个思考。

演讲全文如下:

公开课的朋友们,大家好。

又到了一年一度的微信公开课。很抱歉这次没有来到现场,在这里跟大家打个招呼。

其实我是故意不来现场的。记得第一次公开课,我提到说,参加各种会议可能是很浪费时间的。

我还说过,用产品说话,才是我们应该做的。大家也看到,微信从来没有开过发布会。我认为,新版本的启动页,就是微信的发布会,它直接覆盖几亿用户。

但同事们说服我说,公开课不是发布会,而是面向开发者的会议。确实,外界可能也会对微信有好奇甚至误解,所以公开课确实是一个微信对外阐述自己想法、理念的一个很好的机会。

但去年,我就想,微信团队现在这么大了,我们面临的问题,从早期的“怎么做”,到现在的“做什么”。早期我们聚焦于每一项功能,思考怎么做才是最完美的。

现在是思考,什么才是我们应该去尝试的,以及如何组织起来做。对团队来说,早期是考验我们的产品能力,现在更考验的是我们的组织能力。

我希望我们团队,在每一个领域都有杰出的深入的思考者。所以去年,我就在想,我不一定每年都来公开课讲。今年,我更乐意把时间让给我的同事们,让他们来给大家带来我们团队的思考。

当然,我个人也有一些小的思考点,可以在这里分享给大家。

信息互联的影响

可能从来没有一个时代,每天有数亿人花这么多时间,花在手机里面浏览各种信息。而微信,可能是人们花时间最多的应用。

所以我也经常会思考,微信作为一个基础的信息传递的工具或者说平台,我们一个不经意的动作,可能会引起信息洪流的流向的变化。

我们知道,基因编辑是一种非自然的选择。因为人类强行的改变了自然进化的进展。类似的,技术的进步同样改变了自然的选择。

人们看到屏幕上的视觉信息,超过了现实中眼睛看到的信息。人们看到的是远方的图像,听到的是远方的声音。从前一个人的世界,他的大小,是由他的脚的行走半径来决定的,现在一个人的世界的大小,是由他所获得的信息的宽广度来决定的。信息的宽广度和质量,一直是微信要解决的问题。

但人类对于信息的广泛连接带来的影响的思考,是落后于网络的发展速度的。网络的发展,尤其是最近几年移动互联网的发展,使得人人都随时在线,并且面临海量的信息。

这在历史上,甚至十年前,都是难以想象的。人们真的能驾驭这种信息互联吗?还是说,技术在引导甚至控制人们的生活方式?

可以从几个维度来看一看这种影响,包括隐私的出让,信息获取的被动,社会关系的扩大和复杂,信息传播的快速,信息选择的困难、信息的多样性,搜索的困难。

一. 隐私的出让

从历史来看,科技越发达,个人隐私会越少。人们在获取便利性的同时,其实也在不知不觉地一点一点把自己的隐私范围缩小。

比如精准广告和用户隐私其实是有矛盾的。作为平台,因为我们有大量的数据,什么该用,什么不该用,其实是我们一直思考的问题。我们在这里也倡导同行一起重视这个问题。

二. 信息获取的被动

你所看见的,或者说,你所阅读的,决定你是什么样的人,会有什么样的想法。互联网让信息唾手可得。可是,从信息的海洋中获取什么样的信息是个很有挑战的问题。

事实上,很多人并不愿意主动去获取信息,而是更倾向于被动获取。记得好几年前,我说过一句话,“推送改变世界,因为用户更懒了”。包括微信,也是基于推送的。你收到的每一条消息,都被你把优先级排得比你要真正要获取的信息的优先级要更高一些。

那么,推送什么信息,决定了用户会看什么信息,决定了他在一个什么样的世界里。这是一个我们要经常思考的问题,也是我们在努力的方向。

所以,我很少说分发这个词,我觉得推荐可能更尊重一些。

三. 社会关系的扩大和复杂

人是社会关系的总和。而如今,社会关系越来越多地体现在微信好友,群,朋友圈的互动里面。比如,中学、大学同学,因群而活跃起来。

过去,学术上有个词,叫邓巴数,是说一个人最多有150个好友。但在微信里,显然它被打破了。人们对于好友的维系能力,和移动互联网之前的年代相比,突然增大了很多。

之前我们限定一个人最多5000个好友,现在有将近一百万人已经接近5000好友。虽然不是真正意义上的好友,但也促使我们要扩大好友数目了。

我记得附近的人上线时,我自己其实都有隐隐的不安,因为从前我们和附近的人的界限将被打破,我不知道它是好是坏。

这种思考,其实会一直贯穿在微信的进化里面。就像我们扩大5000好友这个限定非常容易,但是对于它带来的影响,说实话诚惶诚恐,我们会反复思考。

四. 信息传播的快速

一方面,是信息比之前更快速地传播,可能一个瞬间,一个事件就可以迅速在很多个群里面,迅速的几何级数的传播。

另一方面,有一句话叫“谣言传千里”,耸人听闻的内容,可能能获得更大的传播机会。这是人性使然。

我们可能很难用技术手段作为一个判定内容的质量的标准,但作为信息传递的平台,我们也有很多办法,譬如说用更多的参与者和强大的机制,来帮助平台作出仲裁,就像我们对待原创和抄袭的做法很类似。

五. 信息选择的困难

看似我们面对海量信息可以自由选择哪一些看、哪一些不看,但事实上,我们不可能有时间去一一筛选,导致我们看到的总是局部。

包括公众号,看似可以随便关注,但是你的选择其实是有限空间的。我们在看一看里实验了社交推荐,看起来效果还不错。它是一种通过好友之间的互相推荐来扩大人的选择范围。

六. 信息的多样性

虽然头部大号会有最大的浏览量,但是在一个人人皆可创作的年代,我们希望长尾的小号都有自己的生存空间。这也是之前公众号一个忽略了的部分。等一下会再讲一下。

七. 搜索的困难

与web互联网相比,移动互联网的各个app更加割裂,信息难以打通、搜索。我们做小程序,就有一个梦想,希望搜索能进入到每一个小程序的内部,这样海量的小程序可以支撑起各种长尾的搜索需求。

当然,小程序仍然是我们一直要改进的领域,只有小程序足够繁荣,才能支撑起搜索的内容的丰富度。

关于“信息的多样性”的延伸

这里讲了我们对于信息普及、对于生活的影响,其中提到信息的多样性。这里也要说一下。

在微信的起步阶段,我就说过,我们基于手机来做app,不基于pc来做。pc端只是辅助。如果不是这样的话,我们没有办法将我们的产品普及到每一个人都能用。

回过头来看,我们当年有两个小小失误,一个是,公众平台。很长时间都只有pc web版,这限制了内容创作者的范围。

另一个是,也是更重要的,公众平台的原始想法是取代短信成为一种基于连接品牌和订户的群发工具,并且有效地避免垃圾短信。

群发的内容并不是重点,应该是各种各样的形式的内容都应该是可以的,如文字,图片,视频等。

但我们一不小心把它做成了文章作为内容的载体,使得其他的短内容的形式没有呈现出来,那使得我们在短内容方面有一定的缺失。这也是为什么之前我说,公众号本身并不是为媒体准备的这样一个原因。

我们很重视人人都可创造的内容。朋友圈之所以默认是发照片视频的,是因为当时我有一个认知,对于十亿人来说,让每个人发文字是不容易的,但是,发照片是每个人都可以做到的。

所以,相对公众号而言,我们缺少了一个人人可以创作的载体。因为不能要求每个人都能天天写文章。

所以,就像之前在公开课所说的一样,微信的短内容一直是我们要发力的方向,顺利的话可能近期也会和大家见面。毕竟,表达是每个人天然的需求。所以这里,也是作为一个对新版本的小预告吧。

春节即将到来,我们在红包上,也有一些新的创造,可能也会吸引你来发挥你的创造力,这里也预告一下。

今天我的分享就到这里。虽然这次我没有参与现场的演讲,但是我相信我的同事们同样会给你带来精彩的报告。

再次感谢大家。

#张小龙微信公课分享全文# #微信放开5000好友限制#
公开课的朋友们,大家好。

又到了一年一度的微信公开课。很抱歉这次没有来到现场,在这里跟大家打个招呼。

其实我是故意不来现场的。记得第一次公开课,我提到说,参加各种会议可能是很浪费时间的。

我还说过,用产品说话,才是我们应该做的。大家也看到,微信从来没有开过发布会。我认为,新版本的启动页,就是微信的发布会,它直接覆盖几亿用户。

但同事们说服我说,公开课不是发布会,而是面向开发者的会议。确实,外界可能也会对微信有好奇甚至误解,所以公开课确实是一个微信对外阐述自己想法、理念的一个很好的机会。

但去年,我就想,微信团队现在这么大了,我们面临的问题,从早期的“怎么做”,到现在的“做什么”。早期我们聚焦于每一项功能,思考怎么做才是最完美的。

现在是思考,什么才是我们应该去尝试的,以及如何组织起来做。对团队来说,早期是考验我们的产品能力,现在更考验的是我们的组织能力。

我希望我们团队,在每一个领域都有杰出的深入的思考者。所以去年,我就在想,我不一定每年都来公开课讲。今年,我更乐意把时间让给我的同事们,让他们来给大家带来我们团队的思考。

当然,我个人也有一些小的思考点,可以在这里分享给大家。

信息互联的影响

可能从来没有一个时代,每天有数亿人花这么多时间,花在手机里面浏览各种信息。而微信,可能是人们花时间最多的应用。

所以我也经常会思考,微信作为一个基础的信息传递的工具或者说平台,我们一个不经意的动作,可能会引起信息洪流的流向的变化。

我们知道,基因编辑是一种非自然的选择。因为人类强行的改变了自然进化的进展。类似的,技术的进步同样改变了自然的选择。

人们看到屏幕上的视觉信息,超过了现实中眼睛看到的信息。人们看到的是远方的图像,听到的是远方的声音。从前一个人的世界,他的大小,是由他的脚的行走半径来决定的,现在一个人的世界的大小,是由他所获得的信息的宽广度来决定的。信息的宽广度和质量,一直是微信要解决的问题。

但人类对于信息的广泛连接带来的影响的思考,是落后于网络的发展速度的。网络的发展,尤其是最近几年移动互联网的发展,使得人人都随时在线,并且面临海量的信息。

这在历史上,甚至十年前,都是难以想象的。人们真的能驾驭这种信息互联吗?还是说,技术在引导甚至控制人们的生活方式?

可以从几个维度来看一看这种影响,包括隐私的出让,信息获取的被动,社会关系的扩大和复杂,信息传播的快速,信息选择的困难、信息的多样性,搜索的困难。

一. 隐私的出让

从历史来看,科技越发达,个人隐私会越少。人们在获取便利性的同时,其实也在不知不觉地一点一点把自己的隐私范围缩小。

比如精准广告和用户隐私其实是有矛盾的。作为平台,因为我们有大量的数据,什么该用,什么不该用,其实是我们一直思考的问题。我们在这里也倡导同行一起重视这个问题。

二. 信息获取的被动

你所看见的,或者说,你所阅读的,决定你是什么样的人,会有什么样的想法。互联网让信息唾手可得。可是,从信息的海洋中获取什么样的信息是个很有挑战的问题。

事实上,很多人并不愿意主动去获取信息,而是更倾向于被动获取。记得好几年前,我说过一句话,“推送改变世界,因为用户更懒了”。包括微信,也是基于推送的。你收到的每一条消息,都被你把优先级排得比你要真正要获取的信息的优先级要更高一些。

那么,推送什么信息,决定了用户会看什么信息,决定了他在一个什么样的世界里。这是一个我们要经常思考的问题,也是我们在努力的方向。

所以,我很少说分发这个词,我觉得推荐可能更尊重一些。

三. 社会关系的扩大和复杂

人是社会关系的总和。而如今,社会关系越来越多地体现在微信好友,群,朋友圈的互动里面。比如,中学、大学同学,因群而活跃起来。

过去,学术上有个词,叫邓巴数,是说一个人最多有150个好友。但在微信里,显然它被打破了。人们对于好友的维系能力,和移动互联网之前的年代相比,突然增大了很多。

之前我们限定一个人最多5000个好友,现在有将近一百万人已经接近5000好友。虽然不是真正意义上的好友,但也促使我们要扩大好友数目了。

我记得附近的人上线时,我自己其实都有隐隐的不安,因为从前我们和附近的人的界限将被打破,我不知道它是好是坏。

这种思考,其实会一直贯穿在微信的进化里面。就像我们扩大5000好友这个限定非常容易,但是对于它带来的影响,说实话诚惶诚恐,我们会反复思考。

四. 信息传播的快速

一方面,是信息比之前更快速地传播,可能一个瞬间,一个事件就可以迅速在很多个群里面,迅速的几何级数的传播。

另一方面,有一句话叫“谣言传千里”,耸人听闻的内容,可能能获得更大的传播机会。这是人性使然。

我们可能很难用技术手段作为一个判定内容的质量的标准,但作为信息传递的平台,我们也有很多办法,譬如说用更多的参与者和强大的机制,来帮助平台作出仲裁,就像我们对待原创和抄袭的做法很类似。

五. 信息选择的困难

看似我们面对海量信息可以自由选择哪一些看、哪一些不看,但事实上,我们不可能有时间去一一筛选,导致我们看到的总是局部。

包括公众号,看似可以随便关注,但是你的选择其实是有限空间的。我们在看一看里实验了社交推荐,看起来效果还不错。它是一种通过好友之间的互相推荐来扩大人的选择范围。

六. 信息的多样性

虽然头部大号会有最大的浏览量,但是在一个人人皆可创作的年代,我们希望长尾的小号都有自己的生存空间。这也是之前公众号一个忽略了的部分。等一下会再讲一下。

七. 搜索的困难

与web互联网相比,移动互联网的各个app更加割裂,信息难以打通、搜索。我们做小程序,就有一个梦想,希望搜索能进入到每一个小程序的内部,这样海量的小程序可以支撑起各种长尾的搜索需求。

当然,小程序仍然是我们一直要改进的领域,只有小程序足够繁荣,才能支撑起搜索的内容的丰富度。

关于“信息的多样性”的延伸

这里讲了我们对于信息普及、对于生活的影响,其中提到信息的多样性。这里也要说一下。

在微信的起步阶段,我就说过,我们基于手机来做app,不基于pc来做。pc端只是辅助。如果不是这样的话,我们没有办法将我们的产品普及到每一个人都能用。

回过头来看,我们当年有两个小小失误,一个是,公众平台。很长时间都只有pc web版,这限制了内容创作者的范围。

另一个是,也是更重要的,公众平台的原始想法是取代短信成为一种基于连接品牌和订户的群发工具,并且有效地避免垃圾短信。

群发的内容并不是重点,应该是各种各样的形式的内容都应该是可以的,如文字,图片,视频等。

但我们一不小心把它做成了文章作为内容的载体,使得其他的短内容的形式没有呈现出来,那使得我们在短内容方面有一定的缺失。这也是为什么之前我说,公众号本身并不是为媒体准备的这样一个原因。

我们很重视人人都可创造的内容。朋友圈之所以默认是发照片视频的,是因为当时我有一个认知,对于十亿人来说,让每个人发文字是不容易的,但是,发照片是每个人都可以做到的。

所以,相对公众号而言,我们缺少了一个人人可以创作的载体。因为不能要求每个人都能天天写文章。

所以,就像之前在公开课所说的一样,微信的短内容一直是我们要发力的方向,顺利的话可能近期也会和大家见面。毕竟,表达是每个人天然的需求。所以这里,也是作为一个对新版本的小预告吧。

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再次感谢大家。


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