某同学做了一个数字信号模拟传送器,经过10个环节,把由数字0,1构成的数字信号由发生端传到接受端.已知每一个环节会把1错转为0的概率为0.3,把0错转为1的概率为0.2,若发出的数字信号中共有10000个1,5000个0.问:
(1)从第1个环节转出的信号中0,1各有多少个?
(2)最终接受端收到的信号中0,1个数各是多少?(精确到十位)
(3)该同学为了完善自己的仪器,决定在接受端前加一个修正器,把得到的1和0分别以一定的概率转换为0和1,则概率分别等于多少时,才能在理论上保证最终接受到的0和1的个数与发出的信号同.
(1)从第1个环节转出的信号中,0的个数为:
10000×0.3+5000×0.8=7000(个)
1的个数为:10000×0.7+5000×0.2=8000(个)
(2)数字错转的转移矩阵为A=
,1和0的个数对应列矩阵0.7 0.2 0.3 0.8
,10000 5000
于是最终接受端收到的信号中1,0个数对应矩阵A10
,10000 5000
矩阵A的特征多项式为:f(λ)=
=λ2-1.5λ+0.5=(λ-1)(λ-0.5). λ-0.7 -0.2 -0.3 λ-0.8 .
令f(λ)=0,得到A的特征值为1或0.5,将1代入方程组(λ-0.7)x-0.2y=0 -0.3x+(λ-0.8)y=0
解得3x-2y=0,不妨设x=2,于是得到矩阵A的属于特征值1的一个特征向量为
.2 3
同理,把λ=0.5代入上述方程组得x+y=0,不妨设x=1,可得矩阵A的属于特征值0.5的一个特征向量为
.1 -1
又设
=m10000 5000
+n2 3
,于是1 -1
,求得10000=2m+n 5000=3m-n
,m=3000 n=4000
所以A10
=3000•11010000 5000
+4000•0.5102 3
=1 -1
≈6000+4000•0.510 9000-4000•0.510 6000 9000
于是,最终接受端收到的信号中0约有9000个,1约有6000个
(3)设修正器的转移矩阵为B=
(0<s<1,0<t<1),则由题意有1-s t s 1-t
•1-s t s 1-t
=6000 9000 10000 5000
于是得到6s-9t+4=0∵0<s<1,0<t<1
∴可取s=
,t=1 2 7 9
也就是说1转为0的概率为
,0转为1的概率为1 2
.7 9
注:第(3)问答案不惟一,只要满足方程6s-9t+4=0(0<s<1,0<t<1)的s,t均可.