¿Cómo se demuestra que “si X e Y son cadenas de Markov, entonces X + Y es una cadena de Markov”?

El reclamo es falso (incluso si [math] \ {X_i \} [/ math] y [math] \ {Y_i \} [/ math] son ​​independientes).

Tome [math] X_0 [/ math] para ser Bernoulli (1/2), [math] X_i \ in \ {0,1 \} [/ math],

[matemáticas] P_ {X_ {i + 1} | X_ {i}} (1 | 0) = P_ {X_ {i + 1} | X_ {i}} (0 | 1) = p [/ matemáticas]

donde p es pequeño (p. ej. p <1/8). Tome [math] \ {Y_i \} [/ math] iid Bernoulli (1/2). Si es cierto que [math] \ {X_i + Y_i \} [/ math] forma una cadena de Markov, entonces la distribución de [math] X_ {n + 1} + Y_ {n + 1} [/ math] está condicionada a [matemática] X_ {1} + Y_ {1} = a_1,…, X_ {n} + Y_ {n} = a_n [/ matemática] es la misma que la condicionada solo en [matemática] X_ {n} + Y_ { n} = a_n [/ math], pero esto es falso. Tome [math] a_n = 1 [/ math], [math] a_ {n-1} = 0 [/ math], luego [math] a_n = 1 [/ math] no le dará ninguna información sobre [math] X_ {n} [/ matemática] y [matemática] X_ {n + 1} + Y_ {n + 1} [/ matemática] sigue la misma distribución con o sin condicionamiento en [matemática] X_ {n} + Y_ {n } = 1 [/ matemáticas]. Pero [math] a_ {n-1} = 0 [/ math] te dice que [math] X_ {n-1} = 0 [/ math], y dado que p es pequeño, [math] X_i [/ ​​math] cambia lentamente, por lo que es probable que [matemáticas] X_ {n + 1} = 0 [/ matemáticas], y es poco probable que [matemáticas] X_ {n + 1} + Y_ {n + 1} = 2 [/ matemáticas] (el la probabilidad es menor que 2p).

Este es un ejemplo del modelo Hidden Markov. Las observaciones en el modelo oculto de Markov no necesariamente forman una cadena de Markov.

De hecho, esta afirmación es falsa. Una cadena de Markov [math] Z_1, Z_2, \ ldots [/ math] es un proceso tal que la distribución de [math] Z_k [/ math] solo depende de la distribución de [math] Z_ {k-1} [/ math ] El problema con [matemática] Z = X + Y [/ matemática] es que incluso si uno sabe [matemática] Z_ {k-1} = X_ {k-1} + Y_ {k-1} [/ matemática], hay es imposible saber [matemáticas] X_ {k-1} [/ matemáticas] y [matemáticas] Y_ {k-1} [/ matemáticas]. Esto significa que, en general, no se puede encontrar la distribución de [matemáticas] X_ {k} + Y_ {k} [/ matemáticas] a partir del conocimiento de [matemáticas] X_ {k-1} + Y_ {k-1} [/ matemáticas ]

Esto se sigue bastante directamente de la linealidad de la Expectativa (que no requiere independencia de X e Y).