In this paper we propose augmented interval Markov chains (AIMCs): a generalisation of the familiar interval Markov chains (IMCs) where uncertain transition probabilities are in addition allowed to depend on one another. This new model preserves the flexibility afforded by IMCs for describing stochastic systems where the parameters are unclear, for example due to measurement error, but also allows us to specify transitions with probabilities known to be identical, thereby lending further expressivity. The focus of this paper is reachability in AIMCs. We study the qualitative, exact quantitative and approximate reachability problem, as well as natural subproblems thereof, and establish several upper and lower bounds for their complexity. We prove the exact reachability problem is at least as hard as the famous square-root sum problem, but, encouragingly, the approximate version lies in $\mathbf{NP}$ if the underlying graph is known, whilst the restriction of the exact problem to a constant number of uncertain edges is in $\mathbf{P}$. Finally, we show that uncertainty in the graph structure affects complexity by proving $\mathbf{NP}$-completeness for the qualitative subproblem, in contrast with an easily-obtained upper bound of $\mathbf{P}$ for the same subproblem with known graph structure.


翻译:在本文中,我们建议扩大Markov链(AIMCs) : 概括熟悉的马可夫链(IMCs) 间隙(IMCs), 其中不确定的过渡概率可以相互依赖。 这个新模式保留了IMCs在描述参数不明确的随机系统方面提供的灵活性, 例如由于测量错误, 参数不明确, 但也允许我们指定已知概率相同的过渡, 从而进一步表达性。 本文的重点是 AIMCs 的可达性 。 我们研究了质量、 精确的数量和近似可达性问题, 以及其中的自然子问题, 并为复杂性设定了几个上下限 。 我们证明准确的可达性问题至少和著名的平方根和问题一样困难, 但是, 令人鼓舞的是, 如果基本图表为人所知, 大约版本为$\mathbf{NP} $, 而确切的问题限制在恒定的边缘值是 $\mathb{P} 。 最后, 我们显示, 图表结构中的不确定性会影响复杂性, 以已知的 $\\\ b roqr= rogr= roglegr= rogralfr) 亚的硬 。

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马尔可夫链,因安德烈·马尔可夫(A.A.Markov,1856-1922)得名,是指数学中具有马尔可夫性质的离散事件随机过程。该过程中,在给定当前知识或信息的情况下,过去(即当前以前的历史状态)对于预测将来(即当前以后的未来状态)是无关的。 在马尔可夫链的每一步,系统根据概率分布,可以从一个状态变到另一个状态,也可以保持当前状态。状态的改变叫做转移,与不同的状态改变相关的概率叫做转移概率。随机漫步就是马尔可夫链的例子。随机漫步中每一步的状态是在图形中的点,每一步可以移动到任何一个相邻的点,在这里移动到每一个点的概率都是相同的(无论之前漫步路径是如何的)。
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