ІНФОРМАЦІЙНЕ ЛІКУВАННЯ
Ми повинні пам’ятати, що позначення, де ми обумовлені випадковими змінними, є неточними, хоча й економічними, як позначення. Насправді ми обумовлюємо сигма-алгебру, яку генерують ці випадкові величини. Іншими словами, Е[ Y∣ X] означає E[Y∣σ(X)] . Це зауваження може здатися неприйнятним у "Неофіційному лікуванні", але воно нагадує нам, що наші кондиціонуючі сукупності є колекціями наборів (а коли ми обумовлюємо одне значення, то це однократний набір). А що містять ці набори? Вони містять інформаціюз яким можливими значеннями випадкової величини X поставляють нам про те, що може статися з реалізацією Y .
Внесення поняття Інформація дозволяє нам подумати про (і використовувати) Закон Ітераційних Очікувань (іноді його називають "Властивістю вежі") дуже інтуїтивно зрозумілим чином:
сигма-алгебра, породжена двома випадковими змінними, принаймні як великий, як той, що генерується однією випадковою змінною: σ(X)⊆σ(X,Z) у відповідному множинно-теоретичному значенні. Отже, інформація про Y міститься в σ( X, Z) принаймні настільки ж велика, як відповідна інформація уσ( X) .
Тепер, як умовне натяк, встановітьσ( X) ≡ Ях іσ( X, Z) ≡ Яx z . Тоді LHS рівняння, яке ми дивимось, можна записати
Описуючи усно наведене вище вираз ми маємо: «що таке очікування {очікуване значення Y з урахуванням даних I х г }враховуючищо ми маємо наявну інформацію я х тільки?»
Е[ Є( Y| Яx z) | Ях]
YЯx zЯх
Чи можемо ми якось «врахувати» ? Ні - ми знаємо лише I x . Але якщо ми використовуємо те, що маємо (як ми зобов'язані виразом, який ми хочемо розв'язати), то ми по суті говоримо речі про Y під оператором очікувань, тобто ми говоримо " E ( Y ∣ I x ) ", не більше - ми щойно вичерпали нашу інформацію.Яx zЯхYЕ( Y∣ Ях)
Звідси
Е[ Є( Y| Яx z) | Ях] = Е( Y| Ях)
Якщо хтось іншого не зробить, я повернусь для офіційного лікування.
(Трохи більше) ФОРМАЛЬНЕ ЛІКУВАННЯ
Давайте подивимось, як дві дуже важливі книги теорії ймовірностей, "Вірогідність і міра П. Біллінгслі" (3-е видання-1995) та Д. Вільямса "Імовірність з Мартингейлами" (1991), трактують питання доведення "Закону ітерованих очікувань":
Біллінгслі присвячує доведення рівно трьох рядків. Вільямс, і я цитую, каже
"(властивість вежі) практично не відповідає визначенню умовного очікування".
Це один рядок тексту. Доказ Біллінглі не менш непрозорий.
Вони, звичайно, праві: це важливе і дуже інтуїтивне властивість умовного очікування походить по суті безпосередньо (і майже негайно) з його визначення - єдиною проблемою є, я підозрюю, що це визначення зазвичай не викладається або, принаймні, не підкреслюється, поза вірогідністю або виміряти теоретичні кола. Але для того, щоб показати у (майже) трьох рядках, що існує Закон повторених очікувань, нам потрібно визначення умовного очікування, а точніше його визначальної властивості .
Нехай імовірнісний простір , і інтегрована випадкова величина Y . Нехай G є суб σ - алгебра F , G ⊆ F . Тоді існує функція W, яка G - вимірювана, інтегрується і (це визначальна властивість)(Ω,F,P)YGσFG⊆FWG
E(W⋅1G)=E(Y⋅1G)∀G∈G[1]
де індикаторна функція безлічі G . Ми говоримо, що W є ("версія") умовного очікування Y, заданого G , і пишемо
W = E ( Y ∣ G )1GGWYG
Критичне деталь відзначити, що умовне математичне сподівання, має таке ж значенняяк очікується , Y робить,не тільки по всій G ,але в кожному підмножині G з G .W=E(Y∣G)a.s.
YGGG
(Я зараз спробую представити, як властивість Tower випливає з визначення умовного очікування).
- G- міряна випадкова величина. Розглянемо тепер деякі суб σ - алгебра, скажімо H ⊆ G . Тоді G ∈ H ⇒ G ∈ G . Отже, аналогічно, як і раніше, маємо умовне очікування W, заданого H , скажімо, U = E ( W ∣ H )WGσH⊆GG∈H⇒G∈GWHщо характеризується U=E(W∣H)a.s.
E(U⋅1G)=E(W⋅1G)∀G∈H[2]
Оскільки , рівняння [ 1 ] і [ 2 ] дають намH⊆G[1][2]
E(U⋅1G)=E(Y⋅1G)∀G∈H[3]
Але це визначальне властивість умовного очікування даного H . YHОтже, ми маємо право писати
Оскільки ми також побудували U = E ( W ∣ H ) = E ( E [ Y ∣ G ] ∣ H ) , ми лише довели властивість Вежі, або загальну форму Закону відмінених очікувань - у вісім рядків.U=E(Y∣H)a.s.
U=E(W∣H)=E(E[Y∣G]∣H)