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一维对称随机游走回原点:期望步数

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专题
Probability / 概率
难度
L4

题目详情

What is the expected number of steps for a symmetric random walk to return to its starting point?

解析

NN 为从 0 出发首次回到 0 的步数(首次回归时间)。一维对称随机游走虽然以概率 1 回到原点,但它是“零常返”(null recurrent),即首次回归时间的期望发散。

更直观地:从 0 出发第一步到 ±1\pm 1。令 MM 为从 1 出发首次到 0 的时间,则 N=1+MN=1+M(分布相同),且

E[M]=k0P(M>k).\mathbb{E}[M]=\sum_{k\ge 0}\mathbb{P}(M>k).

利用反射原理可得 P(M>k)c/k\mathbb{P}(M>k)\asymp c/\sqrt{k},因此上述级数发散,于是

E[N]=+.\boxed{\mathbb{E}[N]=+\infty}.