Ось явний доказ того, що стандартна прив'язка Черноффа є тісною до постійних факторів в експоненті для певного діапазону параметрів. (Зокрема, щоразу, коли змінні дорівнюють 0 або 1, і 1 з вірогідністю 1/2 або менше, і & Epsi ; ∈ ( 0 , 1 / 2 ) , а верхня межа Черноффа менша за постійну.)
Якщо ви виявили помилку, будь ласка, повідомте мене про це.
Лема 1. (герметичність, пов'язана з Чернофом)
Нехай Х - середнє значення к незалежних, 0/1 випадкових величин (rv). Для будь-якого & Epsi ; ∈ ( 0 , 1 / 2 ] та р ∈ ( 0 , 1 / 2 ] , припускаючи ϵ2p k ≥ 3 ,
(i)
Якщо кожен rv дорівнює 1, ймовірність не більше p , то
Пр [ Х≤ ( 1 - ϵ ) p ] ≥ експ ( -9 ϵ2р к ) .
(ii)
Якщо кожен rv дорівнює 1 з вірогідністю принаймні p , то
Пр [ Х≥ ( 1 + ϵ )p] ≥ exp(−9ϵ2р к ).
Доказ.
Ми використовуємо таке спостереження:
Заява 1. Якщо , то
( k1≤ℓ≤k−1(kℓ) ≥ 1e2πℓ−−−√(kℓ)ℓ(kk−ℓ)k−ℓ
Доведення твердження 1.
За наближенням Стірлінга
де , А , ∈ [ 1 / ( 12 я + 1 ) , 1 / 12 я ] .i!=2πi−−−√(i/e)ieλλ∈[1/(12i+1),1/12i].
Таким чином, , що є , принаймні
QED k!(kℓ)√k!ℓ!(k−ℓ)!≥1
2 πк---√( ке)к2 πℓ---√( ℓе)ℓ 2 π( k - ℓ )--------√( k - ℓе)k - ℓдосвід( 112 к + 1- 112 ℓ- 112 ( k - ℓ ))
≥ 1 2 πℓ---√( кℓ)ℓ( кk - ℓ)k - ℓе- 1.
Доведення леми 1 частина (i).
Без втрати загальності припустимо, що кожна випадкова величина 0/1 у сумі
дорівнює 1 з вірогідністю точно . Примітка дорівнює сумі , і .p Pr [ X ≤ ( 1 - ϵ ) p ] ∑ ⌊ ( 1 - ϵ ) p k ⌋ i = 0 Pr [ X = i / k ]Х pПр [ Х≤ ( 1 - ϵ ) p ]∑⌊ ( 1 - ϵ ) p k ⌋i = 0Пр [ Х= i / k ]Pr[X=i/k]=(ki)pi(1−p)k−i
Виправити . Терміни в сумі збільшуються, тому
кожен із термінів з індексом має значення принаймні , тому їх сума має принаймні загальне значення
. Для завершення доказу покажемо, що
i ≥ ℓ Pr [ X = ℓ / k ] ( ϵ p k - 2 ) Pr [ X = ℓ / k ] ( ϵ p k - 2 ) Pr [ X = ℓ / k ] ≥ exp ( - 9 ϵℓ=⌊(1−2ϵ)pk⌋+1i≥ℓPr[X=ℓ/k](ϵpk−2)Pr[X=ℓ/k]
(ϵpk−2)Pr[X=ℓ/k] ≥ exp(−9ϵ2pk).
Припущення і
дають , тому ліва частина зверху є принаймні . Використовуючи пункт 1 для прив'язки , це, у свою чергу, принаймні
де
і
ϵ2pk≥3epsi ; р до ≥ 6 2ϵ≤1/2ϵpk≥6( k23ϵpk(kℓ)pℓ(1−p)k−ℓ А(kℓ)A = 2AB B= ( kA=23eϵpk/2πℓ−−−√B=(kℓ)ℓ(kk−ℓ)k−ℓpℓ(1−p)k−ℓ.
Для закінчення показуємо і .B ≥ exp ( - 8 ϵ 2 p k )A ≥ експ( - ϵ2р к )B ≥ експ( - 8 ϵ2р к )
Претензія 2. A ≥ експ( - ϵ2р к )
Доведення
твердження 2. Припущення та
увазі (i) .epsi ; & le ; 1 / 2 р до ≥ 12ϵ2p k ≥ 3& Epsi ; & le ; 1 / 2pk≥12
За визначенням, . За (i), . Таким чином, (ii) .p k ≥ 12 ℓℓ≤pk+1pk≥12ℓ≤1.1pk
Заміна правої частини (ii) для в дає (iii) .A A ≥ 2ℓAА≥23eϵ p k /2.2π−−−−−-√
Припущення, , означає, що , що з (iii) дає (iv) .ϵ √ϵ2p k ≥ 3 A≥ 2ϵ р к--√≥ 3-√A ≥ 23 е3 / 2,2 π------√≥ 0,1
З випливає, що (v) .exp ( - ϵ 2 p k ) ≤ exp ( -ϵ2p k ≥ 3досвід( - ϵ2p k ) ≤ exp(−3)≤0.04
(iv) та (v) разом подають вимогу. QED
Претензія 3. .B≥exp(−8ϵ2pk)
Доказ вимоги 3.
Виправити таким чином, що .
Вибір передбачає , тому претензія буде тримати до тих пір, поки . Приймаючи кожну сторону цієї останньої нерівності до потужності та спрощуючи, вона рівносильна
Підставляючи та спрощуючи, він еквівалентний
ℓ = ( 1 - δ ) p k ℓ δ ≤ 2 ϵ B ≥ exp ( - 2 δ 2 p k ) - 1 / ℓ ℓδℓ=(1−δ)pk
ℓδ≤ 2 ϵB ≥ експ( - 2 δ2р к )- 1 / ℓℓ=(1-δ)pk(1-δ)(1+δp
ℓп к( k - ℓ( 1 - р ) к)k / ℓ - 1 ≤ Exp ( 2 δ2п кℓ) .
ℓ=(1−δ)pkln(1(1−δ)(1+δp1−p)1(1−δ)p−1 ≤ exp(2δ21−δ).
Беручи логарифм обох сторін і використовуючи двічі, він буде тримати до тих пір, як
Ліва частина вище спрощує до , що менше оскільки . QED
- δln(1+z)≤zδ 2 /−δ+δp1−p(1(1−δ)p−1) ≤ 2δ21−δ.
2 δ 2 / ( 1 - δ ) pδ2/(1−p)(1−δ)2δ2/(1−δ)p≤1/2
У пунктах 2 та 3 випливає, що . Це означає частину (i) леми.AB≥exp(−ϵ2pk)exp(−8ϵ2pk)
Доведення леми 1 частина (ii).
Без втрати загальності припустимо, що кожна випадкова величина дорівнює з вірогідністю точно .с1p
Примітка . Виправити .ℓ = ⌈ ( 1 + 2 ε ) р до ⌉ - 1Pr[X≥(1+ϵ)p]=∑ni=⌈(1−ϵ)pk⌉Pr[X=i/k]ℓ^=⌈(1+2ϵ)pk⌉−1
Останній у загальній сумі принаймні , що становить принаймні . (Доказом цього є те саме, що і для (i), за винятком замінено на
і замінено на таким, що .) QED( ε р до - 2 ) Pr [ Х = л / к ] ехр ( - 9 ε 2 р до ) л л & delta ; - & delta ; л = ( 1 + & delta ; ) р доϵpk(ϵpk−2)Pr[X=ℓ^/k]exp(−9ϵ2pk)ℓℓ^δ−δ^ℓ^=(1+δ^)pk