Jarak statistik antara koin seragam dan bias


9

Misalkan adalah distribusi yang seragam di atas bit, dan misalkan menjadi distribusi di atas bit di mana bit tersebut independen dan setiap bit adalah dengan probabilitas . Benarkah jarak statistik antara dan adalah , ketika ?n D n 1 1 / 2 - ε D U Ω ( ε √UnDn11/2−ϵDUn≤1/ϵ2Ω(ϵn)n≤1/ϵ2


2
Iya. Jarak statistik antara dan setidaknya , yaitu ; lihat misalnya jawaban matus di sini: cstheory.stackexchange.com/questions/14471/…V P r U ( ∑ x i > n / 2 ) - P r D ( ∑ x i > n / 2 ) Ω ( ε √UVPrU(∑xi>n/2)−PrD(∑xi>n/2)Ω(εn)
— Yury

2
Terima kasih. Mungkin menjelaskan bagaimana mendapatkan ini dari apa yang ditulis matus dalam jawaban yang bisa saya terima?
— Manu


1
Mengenai jawaban Matus, Anda bisa melakukan lebih baik daripada ketidaksetaraan Slud; lihat (2.13.2.14) di arxiv.org/abs/1606.08920
— Aryeh

Jawaban:


7

Nyatakan bit acak dengan . Menurut definisi, jarak statistik antara dan setidaknya untuk setiap . Kami memilih .x1,…,xnUDPrU(∑xi≥t)−PrD(∑xi≥t)tt=n/2+n

Perhatikan bahwa untuk beberapa konstanta absolut . Jika , maka jarak statistik setidaknya , dan kita selesai. Jadi kita asumsikan di bawah bahwa .PrU(∑xi≥t)≥c1c1>0PrD(∑xi≥t)≤c1/2c1/2PrD(∑xi≥t)≥c1/2

Biarkan untuk variabel acak iid Bernoulli dengan . Tujuan kami adalah untuk membuktikan bahwa . Dengan teorema nilai rata-rata, untuk beberapa . Sekarang, kita akan membuktikan bahwa ; yang akan menyiratkan bahwa jarak statistik yang diinginkan setidaknya , seperti yang diperlukan.f(s)=Pr(∑xi≥t)x1,…,xnPr(xi=1)=1/2−sf(0)−f(ε)=Ω(εn)

f(0)−f(ε)=−εf′(ξ),
ξ∈(0,ε)−f′(ξ)≥Ω(n)Ω(nε)

Tulis, dan Perhatikan bahwa Jadi,

f(ξ)=∑k≥t(nk)(12−ξ)k(12+ξ)n−k,
f′(ξ)=∑k≥t(nk)(−k(12−ξ)k−1(12+ξ)n−k+(n−k)(12−ξ)k(12+ξ)n−k−1)=−∑k≥t(nk)(12−ξ)k(12+ξ)n−kk/2+kξ−(n−k)/2+(n−k)ξ(1/2−ξ)(1/2+ξ).
k/2+kξ−(n−k)/2+(n−k)ξ(1/2−ξ)(1/2+ξ)=(2k−n)/2+nξ(1/2−ξ)(1/2+ξ)≥2(2t−n)=4n.
−f′(ξ)≥4n∑k≥t(nk)(12−ξ)k(12+ξ)n−k=4nf(ξ)≥4nf(ε)≥4n⋅(c1/2).
Di sini, kami menggunakan asumsi bahwa . Kami menunjukkan bahwa .f(ε)=PrD(x1+⋯+xn≥t)≥c1/2−f′(ξ)=Ω(n)

5

Bukti yang agak lebih mendasar, dan sedikit berantakan (atau setidaknya terasa begitu bagi saya).

Untuk kenyamanan, tulis , dengan dengan asumsi.ε=γnγ∈[0,1)

Kami secara eksplisit menurunkan ekspresi : dTV⁡(P,U)

2dTV⁡(P,U)=∑x∈{0,1}n|(12+γn)|x|(12−γn)n−|x|−12n|=12n∑k=0n(nk)|(1+2γn)k(1−2γn)n−k−1|≥12n∑k=n2+nn2+2n(nk)|(1+2γn)k(1−2γn)n−k−1|≥Cn∑k=n2+nn2+2n|(1+2γn)k(1−2γn)n−k−1|
di mana adalah konstanta absolut. Kami menurunkan setiap ringkasan secara terpisah: memperbaiki , dan menulis , sehingga setiap summand lebih rendah dibatasi oleh jumlah yang menyatu (ketika ) keC>0kℓ=k−n2∈[n,2n]
(1+2γn)k(1−2γn)n−k=(1−4γ2n)n/2(1+2γn1−2γn)ℓ≥(1−4γ2n)n/2(1+2γn1−2γn)n→n→∞e4γ−2γ2
n→∞e4γ−2γ2−1>4γ−2γ2>2γ ; menyiratkan bahwa masing-masing adalah . Ringkasnya, ini menghasilkan seperti yang diklaim.Ω(γ)
2dTV⁡(P,U)≥Cn∑k=n2+nn2+2nΩ(γ)=Ω(γ)=Ω(εn)

(Menggunakan Hellinger sebagai proksi karena sifatnya yang bagus distribusi produk yang menggoda, dan akan jauh lebih cepat, tetapi akan ada kerugian oleh faktor kuadrat di batas bawah ujung.)
— Clement C.

1
Bagus! Saya suka pendekatan dasar. Kita harus dapat membuatnya non-asimptotik dalam juga .... salah satu caranya adalah dengan menggunakan , lalu gunakan ketidaksetaraan . Agak berantakan. n(1+z1−z)n≥(1+2z)n1+w≥ew−w2/2
— usul
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.