Розбіжність між головами та хвостами


12

Розглянемо послідовність переворотів неупередженої монети. Нехай позначає абсолютне значення перевищення кількості голів над хвостами, поміченими в першому відвороті. Визначте . Покажіть, що і .nHiiH=maxiHiE[Hi]=Θ(i)E[H]=Θ(n)

Ця проблема з'являється в першій главі "Рандомізовані алгоритми" Рагавана та Мотвані, тому, можливо, є елементарний доказ вищенаведеного твердження. Я не в змозі це вирішити, тому я вдячний за будь-яку допомогу.

Відповіді:


9

Ваші монети перевертають одновимірну випадкову ходу починаючи з , з , кожен з варіантів з імовірністю . Тепері так . Легко обчислити (це лише дисперсія), і тому з опуклості. Ми також знаємо, що розподілено приблизно нормально з нульовою середньою і дисперсією , тому ви можете обчислити .Х 0 = 0 X я + 1 = Х я ± 1 1 / 2 Н я = | X i | H 2 i = X 2 i E [ X 2 i ] = i E [ H i ] X0,X1,X0=0Xi+1=Xi±11/2Hi=|Xi|Hi2=Xi2E[Xi2]=i XiiE[Hi]E[Hi]E[Hi2]=iXiiE[Hi](2/π)i

Що стосується , у нас є закон ітераційного логарифму , який (можливо) призводить до того, що ми очікуємо щось трохи більше, ніж . Якщо вам подобається верхня межа , ви можете використовувати велике обмеження відхилення для кожного а потім пов'язане з'єднання, хоча це ігнорує той факт, що пов'язані.E[maxinHi]nO~(n)XiXi

Редагувати: Як це трапляється, через принцип відображення див. Це питання . Тож оскільки . Тепер і томуPr[maxinXi=k]=Pr[Xn=k]+Pr[Xn=k+1]

E[maxinXi]=k0k(Pr[Xn=k]+Pr[Xn=k+1])=k1(2k1)Pr[Xn=k]=k12kPr[Xn=k]12+12Pr[Xn=0]=E[Hn]+Θ(1),
Pr[Hn=k]=Pr[Xn=k]+Pr[Xn=k]=2Pr[Xn=k]
maxinXi+maxin(Xi)2maxinHimaxinXi+maxin(Xi),
E[maxinHi]2E[Hn]+Θ(1)=O(n). Інший напрямок схожий.

Після того, як ми довели , чи не могли ми сказати, що для ми маємо другий результат, тобто немає більше ніж . E[Hi]=Θ(i)i=nE[Hi]Θ(n)
chazisop

1
Якщо були незалежними, то висновок не буде вірним, оскільки ви насправді очікуєте, що деякі з цих значень будуть дещо більшими, ніж очікування. Загалом це неправда, що . HiE[max(A,B)]=max(E[A],E[B])
Yuval Filmus

1
Закон ітераційного логарифму тут не застосовується, оскільки є фіксованим, і ми не нормалізуємось . Відповідь для - . niEmaxinHiθ(n)
Петро Шор

+1 для першої частини. але я чесно не розумію другу частину (ви можете розробити більше PLZ). Це не означає, що це не правильно.
1212 року

1
Гарний доказ. Але я застряг у тому, як довести нижня межа ? Здається, у відповіді немає жодних деталей щодо нижньої межі. nE(Hi)
konjac

2

Ви можете використовувати напів нормальний розподіл, щоб довести відповідь.

Напів нормальний розподіл говорить про те, що якщо - нормальний розподіл із середнім 0 та дисперсією , тослід напіврозподіл із середнім та дисперсією . Це дає потрібну відповідь, оскільки дисперсія нормальної ходи дорівнює , і ви можете наблизити розподіл до нормального розподілу, використовуючи центральну граничну теорему.Xσ2|X|σ2πσ2(12/π)σ2nX

X - сума випадкової прогулянки, про яку згадував Юваль Філіус.


Я не вважаю за краще це, що я розмістив ... хоча це дає нижню межу, нічого не можна сказати про верхню межу. Я намагався використати аргумент максимального розподілу, щоб вирішити його, це виявилося потворною інтеграцією. Але добре знати всі ці розподіли.
AJed

2

У першому перевернемо, припустимо, ми отримаємо хвости, тоді. Тому Використовуючи наближення Стірлінга , ми знаємо .2ikH2i=2|ik|

E(H2i)=2k=0i(2ik)(12)2i2(ik)=(12)2i2[ik=0i(2ik)k=0ik(2ik)]=(12)2i2[i(22i+(2ii))/22ik=0i1(2i1k)]=(12)2i2i[22i1+(2ii)/2222i1/2]=2i(2ii)/22i.
E(H2i)=Θ(2i)

чи не слід брати до уваги випадки, коли ? здається, ви пропускаєте коефіцієнт множення 2, правда? i<k2i
omerbp
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.