Статистична відстань між рівномірною та упередженою монетою


9

Нехай - рівномірний розподіл по біт, і - розподіл по бітам, де біти незалежні і кожен біт дорівнює з вірогідністю . Чи правда, що статистична відстань між і дорівнює , коли ?UnDn11/2ϵDUΩ(ϵn)n1/ϵ2


2
Так. Статистична відстань між і становить щонайменше , що є ; див., наприклад, відповідь про матус тут: cstheory.stackexchange.com/questions/14471/…UVPrU(xi>n/2)PrD(xi>n/2)Ω(εn)
Юрій

2
Дякую. Можливо, поясніть, як отримати це з того, що написано у відповіді, яку я можу прийняти?
Ману,


1
Щодо відповіді Матуса, ви можете зробити краще, ніж нерівність Слуду; див. (2.13,2.14) в arxiv.org/abs/1606.08920
Aryeh

Відповіді:


7

Позначимо випадкові біти . За визначенням, статистична відстань між і становить щонайменше для кожного . Вибираємо .x1,,xnUDПрU(хiт)-ПрD(хiт)тт=н/2+н

Зауважте, що для деякої абсолютної постійної . Якщо , то статистична відстань принаймні , і ми виконали. Отже, припускаємо нижче, що .PrU(xit)c1c1>0PrD(xit)c1/2c1/2PrD(xit)c1/2

Нехай для iid Бернуллі випадкових змінних з . Наша мета - довести, що . За теоремою середнього значення для деяких . Тепер ми доведемо, що ; це означатиме, що бажана статистична відстань становить принаймні , як потрібно.f(с)=Пр(хiт)х1,,хнPr(xi=1)=1/2sf(0)f(ε)=Ω(εn)

f(0)f(ε)=εf(ξ),
ξ(0,ε)f(ξ)Ω(n)Ω(нε)

Запишіть, і Зверніть увагу, що Таким чином,

f(ξ)=kt(nk)(12ξ)k(12+ξ)н-к,
f(ξ)=kt(nk)(k(12ξ)k1(12+ξ)nk+(nk)(12ξ)k(12+ξ)nk1)=kt(nk)(12ξ)k(12+ξ)nkk/2+kξ(nk)/2+(nk)ξ(1/2ξ)(1/2+ξ).
k/2+kξ(nk)/2+(nk)ξ(1/2ξ)(1/2+ξ)=(2kn)/2+nξ(1/2ξ)(1/2+ξ)2(2tn)=4n.
f(ξ)4nkt(nk)(12ξ)k(12+ξ)nk=4nf(ξ)4nf(ε)4n(c1/2).
Тут ми використали припущення, що . Ми показали, що .f(ε)=PrD(x1++xnt)c1/2f(ξ)=Ω(n)

5

Дещо більш елементарний і трохи м'якіший доказ (або, принаймні, мені так здається).

Для зручності запишіть , з за припущенням.ε=γnγ[0,1)

Ми явно нижньо обмежуємо вираз : dTV(P,U)

2dTV(P,U)=x{0,1}n|(12+γn)|x|(12γn)n|x|12n|=12nk=0n(nk)|(1+2γn)k(12γn)nk1|12nk=n2+nn2+2n(nk)|(1+2γn)k(12γn)nk1|Cnk=n2+nn2+2n|(1+2γn)k(12γn)nk1|
де - абсолютна константа. Ми опускаємо кожну суму і окремо: фіксуємо , і записуємо , щоб кожна сума не була обмежена величиною, що сходиться (коли ) доC>0k=kn2[n,2n]
(1+2γn)k(12γn)nk=(14γ2n)n/2(1+2γn12γn)(14γ2n)n/2(1+2γn12γn)nne4γ2γ2
ne4γ2γ21>4γ2γ2>2γ ; маючи на увазі, що кожен є . Підводячи підсумки, це отримує як заявлено.Ω(γ)
2dTV(P,U)Cnk=n2+nn2+2nΩ(γ)=Ω(γ)=Ω(εn)

(Використання Хеллінгера як проксі-сервера через його приємні властивості. Розподіл продуктів wrt спокушає, і це буде набагато швидше, але в кінці нижньої межі буде втрата квадратичним фактором.)
Климент С.

1
Приємно! Мені подобається елементарний підхід. Ми повинні мати можливість зробити його неасимптотичним і в .... одним із способів є використання , тоді використовуємо приємну нерівність . Трохи messier. n(1+z1z)n(1+2z)n1+weww2/2
usul
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.