Proces stacjonarny

Niektóre z zamieszczonych tu informacji wymagają weryfikacji. Uwagi: Definicja w zakresie statystyki jest błędna. Zakres definicji jest zbyt wąski - brakuje definicji z fizyki - patrz Encyklopedia PWN. Po wyeliminowaniu niedoskonałości należy usunąć szablon {{Dopracować}} z tego artykułu.

(c) Protonk z angielskiej Wikipedii, CC BY-SA 3.0

Dwie symulacje procesów, jeden (górny) stacjonarny, drugi niestacjonarny.

Proces stacjonarny – proces stochastyczny, w którym wszystkie momenty oraz momenty łączne są stałe.

Gdy wartość średnia, wariancja oraz funkcja autokorelacji zmieniają się wraz ze zmianą czasu, proces losowy ${\displaystyle x(t)}$ nazywa się niestacjonarnym. W szczególnym przypadku, gdy wartość średnia oraz funkcja autokorelacji nie zależą od czasu ${\displaystyle t_{1},}$ proces losowy ${\displaystyle x(t)}$ nazywa się słabo stacjonarny lub stacjonarny w szerszym zakresie. Średnia wartość słabo stacjonarnych procesów jest stała, a funkcja autokorelacji zależy tylko od przesunięcia ${\displaystyle \tau .}$

W matematyce proces stacjonarny (lub proces ściśle stacjonarny) – proces stochastyczny, dla którego rozkłady gęstości prawdopodobieństwa zmiennej losowej ${\displaystyle X}$ nie zmieniają się wraz z przesunięciem w czasie lub przestrzeni. W efekcie, parametry takie jak średnia i wariancja także nie ulegają zmianie wraz z przesunięciem w czasie lub przestrzeni.

Przykładem procesu stacjonarnego jest proces szumu białego. Procesem niestacjonarnym jest zaś proces jednokrotnego uderzenia w talerze perkusyjne, gdzie moc akustyczną kolizji zmniejsza się wraz z upływem czasu.

Dyskretny w czasie proces stacjonarny, gdzie przestrzeń zdarzeń jest także dyskretna (zmienna losowa może przyjmować jedną z ${\displaystyle N}$ możliwych wartości) jest znany jako schemat Bernoulliego. Jeśli ${\displaystyle N=2,}$ proces jest nazywany procesem Bernoulliego.

Słaba stacjonarność (stacjonarność w szerszym sensie)

O słabszej formie stacjonarności często mówi się w przypadku problemów związanych z przetwarzaniem sygnałów. Słaba stacjonarność jest także znana jako stacjonarność w szerszym sensie lub stacjonarność rzędu dwa. Warunkiem stacjonarności w szerszym sensie procesu losowego jest tylko to, aby pierwszy i drugi moment nie zmieniał się w czasie.

Ciągły w czasie proces losowy ${\displaystyle x(t),}$ który jest stacjonarny w szerszym sensie ma nałożone następujące ograniczenia na jego wartość średnią:

1. ${\displaystyle \mathbb {E} \{x(t)\}=m_{x}(t)=m_{x}(t+\tau )\,\,\forall \,\tau \in \mathbb {R} }$

i funkcję korelacji:

2. ${\displaystyle \mathbb {E} \{x(t_{1})x(t_{2})\}=R_{x}(t_{1},t_{2})=R_{x}(t_{1}+\tau ,t_{2}+\tau )=R_{x}(t_{1}-t_{2},0)\,\,\forall \,\tau \in \mathbb {R} }$

Pierwsza własność implikuje stałość wartości średniej ${\displaystyle m_{x}(t).}$ Druga własność implikuje zależność wartości funkcji korelacji wyłącznie od różnicy pomiędzy ${\displaystyle t_{1}}$ i ${\displaystyle t_{2}}$ i jest funkcją tylko jednej zmiennej (przesunięcia). Czasami zamiast zapisu:

${\displaystyle R_{x}(t_{1}-t_{2},0)}$

upraszcza się notację i zapisuje następująco:

${\displaystyle R_{x}(\tau ),}$ gdzie ${\displaystyle \tau =t_{1}-t_{2}.}$