iid Gaussians의 최대 값에 대한 가장 강력한 결과는 무엇입니까? 실제로 가장 많이 사용됩니까?


9

iid가 주어지면 임의의 변수를 고려하십시오.X1,…,Xn,…∼N(0,1)

Zn:=max1≤i≤nXi.

질문 : 이 랜덤 변수에 대한 가장 "중요한"결과는 무엇입니까?

"중요도"를 명확하게하기 위해 어떤 결과가 논리적 결과와 같은 다른 결과를 가져 오는가? 실제로 가장 많이 사용되는 결과는 무엇입니까?

보다 구체적으로, (이론적) 통계 학자들 사이에서 Zn 은 적어도 무의식적 으로 "기본적으로 같은" 2log⁡n 과 같은 민속 지식인 것 같습니다 . ( 이 관련 질문을 참조하십시오 .)

그러나 이러한 유형의 관련 결과가 많이 있으며, 대부분 동일하지 않거나 서로를 암시하지 않는 경우가 있습니다. 예를 들어 ∗ ,

(1)Zn2log⁡n→a.s.1,

다른 것도 없다면 확률과 분포의 해당 결과를 의미합니다.

그러나 그것은 또한 겉보기에 관련된 결과를 암시하지도 않습니다 ( 이 다른 질문 참조 ).

(2)limn→∞EZn2log⁡n=1,

( 49 페이지의 연습 2.17 ) 또는 다른 민속적 결과 :†

(3)EZn=2log⁡n+Θ(1).

무증상으로, 각 에 대해 ( 증거에 대해서는 여기 참조 ),n

(4)clog⁡n≤EZn≤2log⁡n

약간의 작은 . 대해서도 유사한 결과가 표시 될 수 있습니다 은 크게 오른쪽으로 치우쳐 있기 입니다.c|Zn|Zn

이 마지막 결과의 증거는 다른 결과의 증거보다 훨씬 간단합니다. 첫 번째 점근 적 결과가 다른 모든 점근 적 결과를 암시하여 그 결과를 이해하는 데 모든 시간과 에너지에 집중할 수 있다고 확신했습니다. 그러나 다시 말하지만, 그것은 사실이 아니기 때문에, 내가 집중해야 할 것이 분명하지 않습니다.

∗ 1987 년에 발간 된 2 차 개정판 인 Galambos의 265-267 쪽, 극단 주문 통계에 대한 점근 론 이론 . pp .

† Boucheron, Lugosi, Massart, 농도 불평등 : 비대칭 독립 이론 . 따로 : 이 책은 실제로 해당 결과에 대해 Galambos를 인용하지만 Galambos의 어느 곳에서도 언급 할 수는 없습니다. 제가 언급 한 첫 번째 결과 만 있습니다.


1
MathJax에서 \ dots를 사용할 때 결과는 때때로 문맥에 따라 \ ldots를 사용한 것처럼 보이고 때로는 \ cdots를 사용한 것처럼 나타납니다. 이 질문에서 \ dots를 \ ldots로 바꿨습니다.
X_1, \dots, X_n, \dots \sim \mathscr{N}(0,1)X1,…,Xn,⋯∼N(0,1)X_1, \ldots, X_n, \ldots \sim \mathscr{N}(0,1)X1,…,Xn,…∼N(0,1)
— Michael Hardy

@MichaelHardy 오 항상 그것이 중심에 있다고 생각했습니다. 수정 해 주셔서 감사합니다!
— Chill2Macht

답변:


4

모든 확률 적 응용에서 가장 기본적인 목표는 분포이며, 여기서 모멘트와 제한 특성이 도출 될 수 있습니다. 따라서, 가장 의미있는 "중요한"결과는 전체 분포 함수 (해당하는 해당 밀도 함수)입니다. 실제로이 분포 결과는 이미 나열한보다 기본적인 점근 적 특성보다 조명이 적을 수 있습니다. 논리적으로 이러한 점근 적 결과를 암시하지만, 우리가 을 변경함에 따라 극단적 인 가치의 변화하는 본질을 이해하는 데 그 결과가 더 밝아 질 것 입니다.FZn(z)=Φn(z)n

최대 IID 표준 정규 랜덤 변수의 경우 극단적 인 값 속성을 잘 이해하고 있다는 것이 귀하의 질문에서 분명합니다. 이러한 속성은 모두 의 분포 함수에서 논리적으로 도출 할 수 문제에서 가장 기본적인 객체입니다. 많은 경우와 마찬가지로 가장 기본적인 목적은 반드시 가장 밝게 나타나는 것은 아니므로 모든 결과를 알고 문제의 다른 측면을 밝히는 것과 관련이 있다는 것을 알게 될 것입니다.Zn


이 답변에 감사드립니다-감사합니다. 대한 분포 함수에서 이러한 모든 속성을 파생시키는 방법에 대한 참조를 알고 있습니까? 나는 이것이 "민속"또는 "손 잡기"이기 때문에 이것을 설명하는 것을 찾는 데 극도로 어려움을 겪고 있습니다. Zn
— Chill2Macht

기록을 위해 링크를 읽었으며 도움이되지 않습니다. 그래서 제가 질문을했습니다.
— Chill2Macht

1
추천 할 구체적인 참고 자료는 없지만 이러한 결과는 극단적 인 가치 이론에 관한 책에서 도출 될 것이라고 생각합니다. 해당 주제에 대한 대학원 수준의 텍스트를 찾아서 파생물을 찾을 수 있는지 확인하는 것이 좋습니다.
— 벤-복원 모니카

1

WIP : 진행중인 작업

팔로 잉 p. 래머 1946 370 통계 수학적 방법을 정의여기서 는 표준 정규 분포 의 누적 분포 함수입니다 . 그 정의의 결과로 우리는 거의 확실하게 보장합니다 .

Ξn=n(1−Φ(Zn)).
ΦN(0,1)0≤Ξn≤n

주어진 실현을 고려 우리의 샘플 공간을. 그런 의미에서 은 및 의 함수 이고 은 및 의 함수입니다 . 고정 된 경우 은 의 결정 함수 이고 은 및 의 결정 함수로 하여 문제를 단순화 할 수 있습니다. 거의 모든 대한 결과를 보여 주려고합니다.ω∈ΩZnnωΞnZn,nωωZnnΞnZnnω∈Ω결과를 비 결정적 분석에서 비 결정적 설정으로 전송할 수 있습니다.

팔로 잉 p. 크레이머의 1946 년 374 통계의 수학적 방법, 우리는 (어떤 주어진에 대한 것을 보여줄 수 있다는 (내가 다시 와서 나중에 증거를 제공하는 것을 목표로) 순간 가정 다음 점근 확장 보유 (사용) 부품 별 통합 및 정의 ) :ω∈ΩΦ

(~)2πnΞn=1Zne−Zn22(1+O(1Zn2))  as  Zn→∞.

분명히 우리가 그 어떤을위한 , 및 거의 확실하게 증가 함수이다 로 , 따라서 우리는 고정 된 (거의 확실히 모든) 동안 그 전반에 걸쳐 다음과 무슨에서 주장 :Zn+1≥ZnnZnnn→∞ω

Zn→∞⟺n→∞.

따라서 우리는 ( 은 점근 적 동등성을 나타냄 ) 다음 과 같습니다 .∼

2πnΞn∼1Zne−1Zn2  as  Zn→∞n→∞.

우리가 따르는 것을 어떻게 진행 하는가는 본질적으로 지배적 균형 의 방법에 해당 하며, 우리의 조작은 다음과 같은 정리로 공식적으로 정당화됩니다.

보조 정리 : 있다고 가정 와 같은 및 (따라서 ). 그런 다음 대수 및 거듭 제곱 법칙의 구성, 덧셈 및 곱셈 (본질적으로 " 다항식 "함수)을 통해 형성되는 함수 가 주어지면 : 이어야합니다 .다시 말해, 이러한 "폴리 로그"기능 은 점근 적 동등성을 유지합니다 .f(n)∼g(n)n→∞f(n)→∞g(n)→∞hn→∞

h(f(n))∼h(g(n)).

이 정리의 진실은 정리 2.1 의 결과이다 . 여기에 쓰여진대로 . 또한 다음 내용은 여기에있는 유사한 질문 에 대한 답변 의 확장 된 (자세한 내용) 버전입니다 .

양쪽의 로그를 취하면 다음과 같은 결과를 얻습니다.

(1)log⁡(2πΞn)−log⁡n∼−log⁡Zn−Zn22.

이것은 Cramer가 다소 엉성한 곳입니다. 그는 단지 " 이 묶여 있다고 가정한다"고 말합니다 . 그러나 이 적절하게 묶여 있음을 보여주는 것은 실제로 다소 사소한 것 같습니다. 이것에 대한 증거는 본질적으로 Galambos의 265-267 페이지에서 논의 된 내용의 일부인 것 같지만, 나는 여전히 그 책의 내용을 이해하려고 노력하고 있다는 것을 확신하지 못한다.ΞnΞn

어쨌든 이라고 표시 할 수 있다고 가정log⁡Ξn=o(log⁡n) 하면 항이 항을 지배하기 때문에 다음과 같습니다 .−Zn2/2−log⁡Zn

−log⁡n∼−Zn22⟹Zn∼2log⁡n.

이것은 이미 우리가 보여주고 싶은 것의 대부분이기 때문에 다소 좋습니다. 다시 말해서 캔을 걷어차는 것만으로도 주목할 가치가 있습니다. 이제 우리는 거의 확실하게 . 반면, 은 최대 iid 연속 난수 변수에 대해 동일한 분포를 가지므로 다루기 어려울 수 있습니다.ΞnΞn

어쨌든, 만약 그대로라면, 어떤 에 대해서도 이라고 결론을 내릴 수 있습니다 이는 로 입니다. 위의 점근 적 동등성을 유지하는 폴리 로그 함수에 대한 정리를 사용하여이 표현식을 로 다시 대체하여 다음 을 얻을 수 있습니다.Zn∼2log⁡nZn∼2log⁡n(1+α(n))α(n)o(1)n→∞(1)

log⁡(2πΞn)−log⁡n∼−log⁡(1+α)−12log⁡2−12log⁡log⁡n−log⁡n−2αlog⁡n−α2log⁡n.

⟹−log⁡(Ξn2π)∼log⁡(1+α)+12log⁡2+12log⁡log⁡n+2αlog⁡n+α2log⁡n.

여기에서 우리는 더욱 가서해야 한다고 가정 거의 확실log⁡Ξn=o(log⁡log⁡n)  as  n→∞ . 다시 말하지만 모든 Cramer는 " 이 제한되어 있다고 가정합니다"라고 말합니다 . 그러나 모든 사람이 말할 수 있기 때문에 사전에 대한 것입니다 으로, 거의 사람이 있어야한다고 분명히 보인다 크레이머의 주장의 실체 것으로 보인다 거의 확실.ΞnΞn0≤Xin≤nΞn=O(1)

그러나 어쨌든, 그것을 믿는다 고 가정하면, 포함하지 않는 지배적 인 용어 는 입니다. 이후 , 팔로우 그 , 명확 이므로 포함하는 지배적 인 용어 는 입니다. 따라서 우리는 ( 또는 으로 모든 것을 나누면 )α12log⁡log⁡nα=o(1)α2=o(α)log⁡(1+α)=o(α)=o(o(αlog⁡n))α2αlog⁡n12log⁡log⁡n2αlog⁡n

−12log⁡log⁡n∼2αlog⁡n⟹α∼−log⁡log⁡n4log⁡n.

따라서 이것을 다시 위의 것으로 바꾸면 다음과 같이됩니다.

Zn∼2log⁡n−log⁡log⁡n22log⁡n,

에 대해 특정 사항을 믿는다 고 가정 합니다.Ξn

동일한 기술을 다시 해시합니다. 이후 , 그것은 또한 다음Zn∼2log⁡n−log⁡log⁡n22log⁡n

Zn∼2log⁡n−log⁡log⁡n22log⁡n(1+β(n))=2log⁡n(1−log⁡log⁡n8log⁡n(1+β(n))),

경우 . (1)로 직접 대체하기 전에 약간 단순화하자. 우리는 그것을 얻는다 :β(n)=o(1)

log⁡Zn∼log⁡(2log⁡n)+log⁡(1−log⁡log⁡n8log⁡n(1+β(n)))⏟log⁡(O(1))=o(log⁡n)∼log⁡(2log⁡n).

Zn22∼log⁡n−12log⁡log⁡n(1+β)+(log⁡log⁡n)28log⁡n(1β)2⏟o((1+β)log⁡log⁡n)∼log⁡n−12(1+β)log⁡log⁡n.

이것을 다시 (1)로 바꾸면 다음과 같은 사실을 알 수 있습니다.

log⁡(2πΞn)−log⁡n∼−log⁡(2log⁡n)−log⁡n+12(1+β)log⁡log⁡n⟹β∼log⁡(4πΞn2)log⁡log⁡n.

따라서 우리는 거의 확실하게 결론을 내립니다.

Zn∼2log⁡n−log⁡log⁡n22log⁡n(1+log⁡(4π)+2log⁡(Ξn)log⁡log⁡n)=2log⁡n−log⁡log⁡n+log⁡(4π)22log⁡n−log⁡(Ξn)2log⁡n.

이것은 Cramer 's 1946 수학 통계 방법론 p.374의 최종 결과에 해당합니다. 단, 여기서 오류 항의 정확한 순서는 제공되지 않습니다. 이 용어를 한 번 더 적용하면 오차항의 정확한 순서를 알 수 있지만 어쨌든 우리가 관심을 갖는 iid 표준 법선의 최대 값에 대한 결과를 증명할 필요는 없습니다.


위의 결과를 감안할 때, 거의 확실하게 :

(†)Zn∼2log⁡n−log⁡log⁡n+log⁡(4π)22log⁡n−log⁡(Ξn)2log⁡n⟹Zn=2log⁡n−log⁡log⁡n+log⁡(4π)22log⁡n−log⁡(Ξn)2log⁡n+o(1).

2. 그런 다음 기대의 선형성에 따라 다음과 같습니다.

EZn=2log⁡n−log⁡log⁡n+log⁡(4π)22log⁡n−E[log⁡(Ξn)]2log⁡n+o(1)⟹EZn2log⁡n=1−E[log⁡Ξn]2log⁡n+o(1).

그러므로 우리는

limn→∞EZn2log⁡n=1,

우리가 보여줄 수있는 한

E[log⁡Ξn]=o(log⁡n).

은 모든 연속 랜덤 변수에 대해 동일한 분포 를 때문에 표시하기 어렵지 않을 수 있습니다 . 따라서 우리는 위에서 두 번째 결과를 얻습니다.Ξn

1. 마찬가지로, 우리는 위의 내용을 거의 확실하게 가지고 있습니다.

Zn2log⁡n=1−log⁡(Ξn)2log⁡n+o(1),.

따라서 우리가 그것을 보여줄 수 있다면 :

(*)log⁡(Ξn)=o(log⁡n) almost surely,

위의 첫 번째 결과를 보여 드리겠습니다. 결과 (*)는 분명히 암시하여 위의 첫 번째 결과를 제공합니다.E[log⁡(Ξn)]=o(log⁡n)

또한 위의 ( ) 증명에서 우리는 거의 확실하게 (또는 적어도 비슷한 것으로) 가정해야하므로 우리가 ( ) 를 표시 할 수 있다면 우리는 거의 확실하게 을 보여줄 필요가 있을 것이므로 증명할 수 있다면 다음 결론에 즉시 도달 할 수있을 것입니다.†Ξn=o(log⁡n)†Ξn=o(log⁡n)(†)

3. 그러나 우리가이 결과를 가지고 있다면, 나는 이후 어떻게 가질 지 이해할 수 없습니다. 입니다. 그러나 최소한EZn=2log⁡n+Θ(1)o(1)≠Θ(1)

EZn=2log⁡n+O(1).


따라서 우리는 보여주는 방법에 대한 질문에 대답하는 데 집중할 수 있습니다

Ξn=o(log⁡n) almost surely.

우리는 또한 (~)에 대한 증거를 제공하는 과감한 작업을 수행해야하지만, 아직 앉아서 아직 시도하지는 않았지만 미적분학이며 확률 이론이없는 내 지식을 최대한 활용해야합니다.

먼저 문제를 더 쉽게 해결할 수있는 방식으로 문제를 다시 표현하기 위해 일련의 사소한 일을 살펴 보겠습니다 (정의상 ).Ξn≥0

Ξn=o(log⁡n)⟺limn→∞Ξnlog⁡n=0⟺∀ε>0,Ξnlog⁡n>ε only finitely many times⟺∀ε>0,Ξn>εlog⁡n only finitely many times.

하나는 또한 그것을 가지고 있습니다 :

Ξn>εlog⁡n⟺n(1−F(Zn))>εlog⁡n⟺1−F(Zn)>εlog⁡nn⟺F(Zn)<1−εlog⁡nn⟺Zn≤inf{y:F(y)≥1−εlog⁡nn}.

이에 따라 모든 대해 정의하십시오 .n

un(ε)=inf{y:F(y)≥1−εlog⁡nn}.

따라서 위의 단계는 다음을 보여줍니다.

Ξn=o(log⁡n) a.s.⟺P(Ξn=o(log⁡n))=1⟺P(∀ε>0,Ξn>εlog⁡n only finitely many times)=1⟺P(∀ε>0,Zn≤un(ε) only finitely many times)=1⟺P(∀ε>0,Zn≤un(ε) infinitely often)=0.

다음과 같이 작성할 수 있습니다.

{∀ε>0,Zn≤un(ε) infinitely often}=⋂ε>0{Zn≤un(ε) infinitely often}.

서열 로 균일하게 커지고 우리가 체결 할 수 있도록, 감소하는 이벤트 감소된다 (또는 으로 과 같이 적어도 어쨌든 단조로운) . 따라서 사건의 단조 적 순서에 관한 확률 공리로 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다.un(ε)ε

{Zn≤un(ε) infinitely often}
ε0

P(∀ε>0,Zn≤un(ε) infinitely often)=P(⋂ε>0{Zn≤un(ε) infinitely often})=P(limε↓0{Zn≤un(ε) infinitely often})=limε↓0P(Zn≤un(ε) infinitely often).

따라서이 충분 모든 것을 보여주기 위해 ,ε>0

P(Zn≤un(ε) infinitely often)=0

물론 상수 시퀀스의 한계는 상수입니다.

다음은 약간의 망치 결과입니다.

정리 4.3.1., p. 254 of Galambos, 극단 주문 통계에 대한 점근 론 , 2 판. 하자 공통 비축 연속 분포 함수와 변수 IID 수 및하자 되도록 비 감소 시퀀스 일 과 같은 비 감소된다. 그런 다음 , 에 따라 X1,X2,…F(x)unn(1−F(un))un<sup{x:F(x)<1}

P(Zn≤un infinitely often)=0 or 1
∑j=1+∞[1−F(uj)]exp⁡(−j[1−F(uj)])<+∞ or =+∞.

그 증거는 기술적 인 것이며 5 페이지 정도 걸리지 만 궁극적으로 Borel-Cantelli lemmas 중 하나의 결과로 밝혀졌습니다. 이 분석에 필요한 부분 만 사용하기 위해 증거를 정리하려고 노력할뿐 아니라 가우시안 경우에는 더 짧을 수도 있지만 여기에 입력하지 않는 가정 만 사용할 수도 있습니다. 그러나 숨을 참는 것은 권장하지 않습니다. 이 경우 이므로 조건이 비어 있고 은 이므로 명확하게 않습니다.ω(F)=+∞n(1−F(n))εlog⁡n

어쨌든 요점은 우리가 그것을 보여줄 수 있다면이 정리에 호소하는 것입니다.

∑j=1+∞[1−F(uj(ε))]exp⁡(−j[1−F(uj(ε))])=∑j=1+∞[εlog⁡jj]exp⁡(−εlog⁡j)=ε∑j=1+∞log⁡jj1+ε<+∞.

대수 법률 지수에 대해 대수적 성장이 임의의 대 법률 성장보다 느리기 때문에 (대수 및 지수는 단조 보존입니다. 따라서 와 이전의 불평등은 과 변수의 변경 으로 인해 항상 충분히 크게 유지하는 것으로 볼 수 있습니다 .)log⁡log⁡n≤αlog⁡n⟺log⁡n≤nαnlog⁡n≤n

∑j=1+∞log⁡jj1+ε≤∑j=1+∞jε/2j1+ε=∑j=1+∞1j1+ε/2<+∞,

때문에 P- 시리즈는 모두 수렴 알려져 , 및 과정의 의미는 .p>1ε>01+ε/2>1

따라서 위의 정리를 사용하여 모든 에 대해 이며, 거의 확실합니다.ε>0P(Zn≤un(ε) i.o.)=0Ξn=o(log⁡n)

여전히 표시해야합니다 . 예를 들어, 위의 내용을 따르지 않습니다.log⁡Ξn=o(log⁡log⁡n)

1nlog⁡n=o(log⁡n),−log⁡n+log⁡log⁡n≠o(log⁡n).

그러나, 시퀀스 특정 한 것을 표시 할 수 있다면, 임의위한 , 다음 팔로우를 않는다는 . 이상적으로 는 위의 정리를 사용하여 대해 이것을 표시하고 (심지어 사실이라고 가정하지만) 아직은 할 수 없습니다.xnxn=o((log⁡n)δ)δ>0log⁡(xn)=o(log⁡log⁡n)Ξn

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