5.3. Цепи Маркова в социологии

     Испытуемый среди других 7 человек участвует в эксперименте по зрительному восприятию: необходимо выбрать из 3-х сравниваемых линий ту, которая равна эталонной. Испытуемый отвечает последним после 7 одинаковых неправильных ответов. С одной стороны он должен ответить согласно своему восприятию, а с другой стороны согласиться с единодушным мнением группы. В эксперименте исследуется последовательность ответов в серии испытаний. Можно построить вероятностную модель, которая предскажет некоторые средние свойства. Каждый из 33 испытуемых подвергается 35 испытаниям и ответы могут быть такого вида

aaaвваааввваааав..........аааааааа

начальный отрезок     конечный,

где а - правильный ответ, в- неправильный. Конечным ответом (а или в) назовем последний 35-й ответ и конечным отрезком - последовательность совпадающих с последним ответов. Какие величины пригодны для наблюдения в такой серии? Начнем с подсчета переходов, пусть nаа- число переходов от а к а в начальном отрезке, nав- число переходов от а к в, аналогичное значение имеют nва и nвв.

Эти величины однозначны за исключением первого ответа, его будем классифицировать как аа переход, добавляя нулевой ответ а спереди. Тогда в приведенной последовательности nаа=8, nав=3, nва=3 и nвв=3. Зная эти соотношения, можно определить другие. Например, если nа - общее число случаев, когда в начальном отрезке дается ответ а и nв - общее число, когда в начале ответ в, имеются соотношения nа=nаа+nав,nв=nва+nвв, длина начального отрезка =nа+nв, длина конечного отрезка=36-(nа+nв). Чтобы знать общее число ответов а, нужно знать, что если nав=nва, то конечный ответ должен быть а, если nав=nва+1, то конечный ответ - в. Рассмотрим теперь всех 33 испытуемых. Пусть nаа - общее число а-а переходов для всех испытуемых, тогда первые 2 соотношения остаются справедливыми, только nа теперь обозначает общее количество всех ответов а во всех начальных отрезках, nв - то же для в и их сумма есть общая длина всех отрезков. Пусть n-число всех испытуемых (n=33),tа - число конечных ответов а, tв - число конечных ответов в. Тогда

tв=nав-nва и tа=n-tв.

Задачей нашей модели является описание и предсказание таких наблюдаемых величин. В эксперименте Коэна было получено nаа=196,nав=117,nва=106,nвв=102,nа=313,nв=208,tа=22,tв=11,n=33.

Поскольку выбор n произволен, а результат сильно меняется, то целью будет предсказание усредненных величин tв/n и nаа/n. Для интерпретации эксперимента предполагается гипотеза, что испытуемый может находится в одном из 4 психических состояний: 1) нонконформизм, 2) временный нонконформизм, 3) временный конформизм, 4) конформизм. В начальном состоянии испытуемый предполагается находящимся в состоянии 2. При последовательных испытаниях изменение состояния может быть описано с помощью цепи Маркова с четырьмя состояниями и матрицей вероятностей переходов вида

 

 

 

1

2

3

4

 

1

1

0

0

0

P=

2

P21

p22

p23

 

 

3

0

p32

p33

p34

 

4

0

0

0

1

 

Переходы из состояния 2 в 4 и из 3 в 1 исключены. Из состояний 1 и 4 нет переходов, так как они являются поглощающими. Испытуемый дает нонконформные ответы а, находясь в состоянии 1 и 2 и конформные ответы в - в состоянии 3 и 4. Мы не знаем точно, где на конечном отрезке испытуемый достигает состояние 1 или 4. Мы знаем лишь, что он точно придет в одно из этих состояний и для этого достаточно 35 испытаний. Приводя матрицу Р к каноническому виду, можно показать, что матричные элементы pij связаны с математическими ожиданиями введенных выше величин следующим образом

p21=Мав(1-Мав+Мва)/(Маа+Мав)(1+Мва)

p22=Маа/(Маа+Мав)

p23=Мав2/(Маа+Мав)(1+Мва)

р32=Мва2/Мав(Мва+Мвв)

р33=Мвв/(Мва+Мвв)

р34=Мва(Мав-Мва)/Мав(Мва+Мвв)

где Мав=М[nав/n],Маа=М[nаа/n], Мва=М[nва/n],Мвв=М[nвв/n]. Считая, что при больших n величина nав/n должна быть близка к Мав и т.д., можно вычислить из экспериментальных данных

Маа=196/33,Мав=117/33, Мва=106/33, Мвв=102/33, что дает следующую матрицу Р

 

 

 

 

 

 

 

1

0

0

0

Р=

0.06

0.63

0.31

0

 

0

0.46

0.49

0.05

 

0

0

0

1

 

Приводя матрицу к каноническому виду, получим

 

 

 

 

 

1

4

2

3

 

I

0

 

1

1

0

0

0

Р=

 

 

=

4

0

1

0

0

 

R

Q

 

2

p21

0

p22

p23

 

 

 

 

3

0

p34

p12

p33

 Тогда фундаментальная матрица N будет

 

 

 

 

 

 

2

3

P=

(I-Q) –1=

1-p32

-p23

-1=

2

(1-p33)/D

p23/D

 

 

-p32

1-p33

 

3

p32/D

(1-p22)/D

где D=(1-p22)(1-p33)-p23p32. Матрица вероятностей поглощения B=NR будет равна

 

 

1

4

B=

2

p21(1-p33)/D

p23p34/D

 

3

p32p21/D

p34(1-p22)/D

 Согласно вышеизложенной теории вероятность поглощения в состояние 4 из начального состояния 2 равна в24, а в состояние 1- в21. Так как процесс начинается в состоянии 2, коэффициент n23 матрицы N дает среднее значение общего числа опытов, при которых испытуемый находится в психическом состоянии 3 во время эксперимента.

         Сделаем предсказание о числе случаев, когда испытуемый меняет ответы от правильного к неправильному и наоборот. Среднее число таких случаев равно Мав+Мва. Мы можем вычислить вероятность ровно 2k изменений, которая дается формулой

Р(2k)=[p21/(1-p22)][p23p32/((1-p22)(1-p33)]k. (32)

Так как значения для больших k невелики, то мы скомбинируем случаи и четные и нечетные случаи будем рассматривать отдельно, так как четное k соответствует конечному ответу а, а нечетное - в. Сравнение результатов предсказания с экспериментом дано в табл. 5.

Таблица 5

K

Количество испытуемых изменивших ответ k раз

Предсказанное число

0

10

5.22

1

1

2.61

2 или 4

5

7.01

3 или 5

4

3.51

6,8 или 10

2

5.41

7,9 или 11

1

2.71

Большие четные

5

4.30

Большие нечетные

5

2.15

 

Задачи на самостоятельную работу

1. Эксперимент с 30 участниками дал nаа=120, nав=140, nва=120, nвв=114. Оцените матрицу Р и определите, какова вероятность конформизма испытуемого в конце опыта.

2. Решите ту же задачу для nав=150.

3. В эксперименте с 40 участниками получена матрица Р вида

 

1

0

0

0

P=

7/136

10/17

49/136

0

 

0

24/49

3/7

4/49

 

0

0

0

1

 

Каковы наблюдаемые значения nав, nаа, nва, nвв, tа, tв?