Неравенства Бернштейна (теория вероятностей)
В вероятностей теории неравенства Бернштейна дают границы вероятности отклонения суммы случайных величин от своего среднего значения. В простейшем случае пусть X 1 , ..., X n — независимые случайные величины Бернулли, принимающие значения +1 и −1 с вероятностью 1/2 (это распределение известно также как распределение Радемахера ), тогда для каждого положительного ,
Неравенства Бернштейна были доказаны и опубликованы Сергеем Бернштейном в 1920-х и 1930-х годах. [1] [2] [3] [4] Позднее эти неравенства несколько раз открывались заново в различных формах. Таким образом, частные случаи неравенств Бернштейна также известны как граница Чернова , неравенство Хеффдинга и неравенство Азумы .Мартингальный случай неравенства Бернштейна известно как неравенство Фридмана [5] и его доработка известно как неравенство Хеффдинга. [6]
Некоторые из неравенств
[ редактировать ]1. Пусть быть независимыми случайными величинами с нулевым средним значением. Предположим, что почти наверняка, для всех Тогда при всех положительных ,
2. Пусть быть независимыми случайными величинами с нулевым средним значением. Предположим, что для некоторого положительного действительного и каждое целое число ,
Затем
3. Пусть быть независимыми случайными величинами с нулевым средним значением. Предположим, что
для всех целых чисел Обозначим
Затем,
4. Бернштейн также доказал обобщения приведенных выше неравенств на слабозависимые случайные величины. Например, неравенство (2) можно расширить следующим образом. Позволять быть, возможно, ненезависимыми случайными величинами. Предположим, что для всех целых чисел ,
Затем
Более общие результаты для мартингалов можно найти у Fan et al. (2015). [7]
Доказательства
[ редактировать ]Доказательства основаны на применении неравенства Маркова к случайной величине
для подходящего выбора параметра .
Обобщения
[ редактировать ]Неравенство Бернштейна можно обобщить на случайные гауссовы матрицы. Позволять быть скаляром, где представляет собой комплексную эрмитову матрицу и комплексный вектор размера . Вектор представляет собой гауссов вектор размера . Тогда для любого , у нас есть
где — операция векторизации и где является наибольшим собственным значением . Доказательство подробно описано здесь. [8] Другое аналогичное неравенство формулируется как
где .
См. также
[ редактировать ]- Неравенство концентрации - сводка хвостовых границ случайных величин.
- Неравенство Хефдинга
Ссылки
[ редактировать ]- ^ С. Н. Бернштейн, «О модификации неравенства Чебышева и формулы ошибки Лапласа», том. 4, №5 (оригинальное издание: Анн. ин-т с.в. Украины, секция мат. 1, 1924)
- ^ Bernstein, S. N. (1937). "Об определенных модификациях неравенства Чебышева" [On certain modifications of Chebyshev's inequality]. Doklady Akademii Nauk SSSR . 17 (6): 275–277.
- ^ С. Н. Бернштейн, "Теория вероятностей" (рус.), Москва, 1927.
- ^ Дж. В. Успенский, «Введение в математическую вероятность», McGraw-Hill Book Company, 1937 г.
- ^ Фридман, Д.А. (1975). «О хвостовых вероятностях мартингалов». Энн. Вероятно . 3 : 100–118.
- ^ Фан, Х.; Грама, И.; Лю, К. (2012). «Неравенство Хефдинга для супермартингалов». Стохастический процесс. Приложение . 122 : 3545–3559.
- ^ Фан, Х.; Грама, И.; Лю, К. (2015). «Экспоненциальные неравенства для мартингалов с приложениями» . Электронный журнал вероятностей . 20 . Электрон. Дж. Пробаб. 20: 1–22. arXiv : 1311.6273 . дои : 10.1214/EJP.v20-3496 . S2CID 119713171 .
- ^ Ихлеф, Бешар (2009). «Неравенство типа Бернштейна для случайных процессов квадратичных форм гауссовских переменных». arXiv : 0909.3595 [ math.ST ].
(по: С. Н. Бернштейн, Собрание сочинений, Наука, 1964)
Современный перевод некоторых из этих результатов можно также найти в Прохоров А.В.; Корнейчук, Н.П.; Моторный, В.П. (2001) [1994], «Неравенство Бернштейна» , Энциклопедия математики , EMS Press