Що є доказом цієї нестандартної версії нерівності Азуми?


12

У Додатку B " Підвищення та диференціальна конфіденційність" від Dwork та ін. Автори констатують такий результат без доказів і називають його нерівністю Азуми:

Нехай - випадкові величини в реальному такі, що для кожного ,C1,…,Cki∈[k]

  1. Pr[|Ci|≤α]=1 і
  2. для кожного (c1,…,ci−1)∈Supp(C1,…,Ci−1) нас є E[Ci∣C1=c1,…,Ci−1=ci−1]≤β .

Тоді для кожного z>0 маємо Pr[∑i=1kCi>kβ+zk⋅α]≤e−z2/2 .

У мене виникають проблеми з доведенням цього. Стандартна версія нерівності Азуми каже:

Припустимо, {X0,X1,…,Xk} - мартингейл, а |Xi−Xi−1|≤γi майже напевно. Тоді для всіх t>0 маємо Pr[Xk≥t]≤exp⁡(−t2/(2∑i=1kγi2)) .

Щоб довести версію нерівності Азуми, заявлену Дворком та ін., Я подумав, що ми повинні взяти X0=0 і Xi=Xi−1+Ci−E[Ci∣C1,C2,…,Ci−1] . Таким чином, я думаю, що {X0,…,Xk} - мартингейл. Але все, що можна сказати, - це |Xi−Xi−1|≤2α майже напевно, правда? Цей фактор з двох викликає неприємності, оскільки це означає, що після заміни ми просто знаходимо, що Pr[∑i=1kCi>kβ+zk⋅2α]≤e−z2/2 2/2 } , що слабше, ніж висновок, викладений Dwork et al.

Чи є простий трюк, якого мені не вистачає? Чи є твердження Дворка та ін. відсутній фактор два?


Заява у статті є правдивою, але не випливає із "звичайної" версії нерівності Азуми. Проблема полягає в тому, що звичайне твердження передбачає але будь-який інтервал однакової довжини буде робити; немає причин вважати симетричний інтервал. Xi−Xi−1∈[−a,a]
— Томас

Відповіді:


13

Я не можу знайти посилання, тому я просто накиду сюди доказ.

Теорема. Нехай - реальні випадкові величини. Нехай - константи. Припустимо, що для всіх та всіх у підтримці , ми маємоX1,⋯,Xna1,⋯,an,b1,⋯,bni∈{1,⋯,n}(x1,⋯,xi−1)(X1,⋯,Xi−1)

  1. E[Xi|X1=x1,⋯,Xi−1=xi−1]≤0 і
  2. P[Xi∈[ai,bi]]=1 .

Тоді для всіх ,t≥0

P[∑i=1nXi≥t]≤exp⁡(−2t2∑i=1n(bi−ai)2).

Доказ. Визначте . Ми стверджуємо, що Для всіх та маємо За припущенням, і для всіх в підтримціYi=∑j=1iXj

(*)∀i∈{1,⋯,n} ∀λ≥0     E[eλYi]≤e18λ2∑j=1i(bj−aj)2.
iλ
E[eλYi]=E[eλYi−1⋅eλXi]=E[eλYi−1⋅E[eλXi|Yi−1]].
μ(yi−1):=E[Xi|Yi−1=yi−1]≤0P[Xi∈[ai,bi]]=1yi−1Yi−1. (Зауважимо, що .) Отже, за леммою Гефдінга , для всіх у підтримці та всіх . Оскільки , ми маємо для всіх , Тепер індукція дає формулу (*) вище.Yi−1=X1+⋯+Xi−1
E[eλXi|Yi−1=yi−1]≤eλμ(yi−1)+18λ2(bi−ai)2
yi−1Yi−1λ∈Rμ(yi−1)≤0λ≥0
E[eλYi]≤E[eλYi−1⋅e0+18λ2(bi−ai)2].

Тепер застосуємо нерівність Маркова до і використовуємо наше твердження (*). Для всіх , Нарешті, встановіть щоб мінімізувати вираз правої руки та отримати результат. eλYnt,λ>0

P[∑i=1nXi≥t]=P[Yn≥t]=P[eλYn≥eλt]≤E[eλYn]eλt≤e18λ2∑i=1n(bi−ai)2eλt.
λ=4t∑i=1n(bi−ai)2◼

Як я вже згадував у своєму коментарі, ключова різниця між цим та "звичайним" твердженням про нерівність вимагає , а не . Перший дозволяє отримати більшу гнучкість, а це заощаджує в деяких випадках коефіцієнт 2.Xi∈[ai,bi]Xi∈[−a,a]

Зауважимо, що випадкові змінні у доказі є супермартінгале. Ви можете отримати звичайну версію нерівності Azuma, взявши Мартингейла , встановивши і (де ), а потім застосувати вищезазначений результат.YiY1,⋯,YnXi=Yi−Yi−1[ai,bi]=[−ci,ci]P[|Yi−Yi−1|≤ci]=1


У першому рядку доказу це, мабуть, має бути (верхня межа суми як а не ) ....Yi=∑j=1iXjin
— Дугал,

1
Докази наведені також у монографії Дубхасі та Панконесі.
— Крістофер Арнсфельт Хансен

@KristofferArnsfeltHansen: Чудово. У вас є посилання?
— Томас
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.