Сумма независимых экспоненциальных случайных величин


12

Можем ли мы доказать точный результат концентрации на сумме независимых экспоненциальных случайных величин, т.е. пусть - независимые случайные величины, такие что . Пусть . Можем ли мы доказать оценки вида . Это следует непосредственно, если мы используем дисперсионную форму границ Чернова и, следовательно, я считаю, что это правда, но границы, которые я читаю, требуют ограниченности или имеют некоторую зависимость от ограниченности переменных. Может ли кто-нибудь указать мне на доказательство вышеизложенного? X1,…XrPr(Xi<x)=1−e−x/λiZ=∑XiPr(|Z−μZ|>t)<e−t2/∑(λi)2


просто следуйте доказательству Чернова: легко связать экспоненциальный момент экспоненциальных случайных величин.
— Сашо Николов

Я попытался повторить доказательство Чернова. Я сделал это для более простого случая, когда все λi=λ . Я могу получить вид отношений, который я ищу, при мягком условии . Возникает ли такое состояние естественным образом или это связано с моим не очень хорошим решением? t<nλ
— NAg

3
Проверьте лемму 2.8 здесь eprint.iacr.org/2010/076.pdf
— Сашо Николов

Да, это имеет смысл. Даже в их лемме они имеют условие на быть достаточно мал. Хорошо, тогда мое решение кажется правильным. Большое спасибо за ссылки и предложение. t
— NAg

1
Pr[Xi<x]=e−λixPr [ X i < x ] = 1 - e - λ i x λ - 2 ixPr[Xi<x]=1−e−λixλi−2

Ответы:


7

Для конкретности, скажем , что ПДФ с.в. являетсяXi

p(Xi=x)=12λie−λi|x|.

Это распределение Лапласа или двойное экспоненциальное распределение. Его дисперсия . Cdf является2λi2

Pr[Xi≤x]=1−12e−λix
для .x≥0

Генерирующий момент функция являетсяXi

E euXi=11−u2/λi2,
| ты| <λiX=∑iXiσ2=2∑iλ - 2 i для . Используя этот факт и метод экспоненциального момента, который является стандартным в доказательстве границ Чернова, вы получите, что для и выполняется следующее неравенство|u|<λiX=∑iXiσ2=2∑iλi−2

Pr[X>tσ]<e−t2/4,
т ≤ 2 σ мин я λ я пока . Вы можете найти подробный вывод в доказательстве леммы 2.8 этой статьи .t≤2σminiλi


Большое спасибо за ответ. Однако в моем приложении не обязательно верно, что . Однако можно ожидать еще большей концентрации в случае . Мы можем получить такой результат, если не будем использовать приближение которое ограничивает диапазон в доказательстве, но анализ этого становится неуправляемым в случае различных . Есть предложения на этот счет? t> √t≤2σminiλi1/(1-x)≤e c x tt>2σminiλi1/(1−x)≤ecxtλi′s
— NAg

это будет энергичное размахивание руками, но я ожидаю, что такие большие значения наиболее вероятны, когда только небольшое число превышает медианумного. но двойные экспоненциальные переменные имеют более тяжелый хвост, чем гауссианы, и небольшое количество из них не может сосредоточиться так плотноX я | X я |XXi|Xi|
— Сашо Николов

2
Я понимаю, что то, что я написал выше, не ясно: я ожидаю, что выход в хвосте выглядит как хвост другого rv который является суммой небольшого числа двойной экспоненциальной rv. Хвост такого не должен быть к югу от гауссовой. X ′ X ′XX′X′
— Сашо Николов

3

Для распределения Лапласа, если вы используете границу Бернулли, вы можете написать

σ2=2Σяλ - 2 я

Eeu∑iXi=∏i11−u2/λi2≤11−u2σ2/2,
где . Тогда классический метод Черноффа даетσ2=2∑iλi−2

Pr[∑iXi≥tσ]≤1+1+2t22e1−1+2t2≤{(et/2+1)e−2te−t2/2+t4/8.

Обратите внимание, что эти границы справедливы для неограниченных значений и . Границы справа показывают два возможных режима. Для малых значений мы получаем «нормальную» концентрацию , в то время как для больших значений мы получаем , что также является CDF для одна переменная Лапласа.λ я т е - т +2 / +2 т ≈ е - √tλite−t2/2t≈e−2t

связаны позволяет интерполировать между этими двумя ситуациями, но я подозреваю , что почти во всех случаях один будет твердо в любом большом или малым лагеря. тт1−1+2t2tt

Для экспоненциального распределения те же методы дают нам где . Следовательно, Таким образом, вы по-прежнему выглядите слегка нормально, но с а не с как мы могли бы надеяться. Я не знаю, возможно ли получить границу с точки зрения дисперсии. Вы можете попытаться изучить , но с ним не так легко работать.Eeu∑iXi≤11−uμμ=∑i1/λi

Pr[(∑iXi)−μ≥tμ]≤(t+1)e−t≤e−t2/2+t3/3.
tμtσEeu(∑Xi−μ)2

У меня нет времени, чтобы проработать детали, но я на 99,9% уверен, что можно получить границу для экспоненциально распределенных случайных величин, которая зависит от дисперсии. Ваша ограниченная функция генерирования момента выглядит чрезмерно свободной.
— Уоррен Шуди

@ Уоррен Шуди, какой у тебя подход?
— Томас Але

Я вижу два очевидных подхода: 1. Вторая граница, перечисленная на en.wikipedia.org/wiki/…, выглядит так, как будто она должна работать. 2. Найти более плотную границу для функции, генерирующей момент.
— Уоррен Шуди

@WarrenSchudy Граница Бернштейна дает , но только для . Я полагаю, это похоже на ответ Сашо. т ≤ сг мин я λ я / 2Pr[∑iXi≥tσ]≤e−t2/2t≤σminiλi/2
— Томас Але

Это неизбежно, что границы в стиле Гаусса прекратятся в какой-то момент. Даже одна экспоненциально распределенная случайная величина в конечном итоге имеет более толстые хвосты, чем любая гауссовская.
— Уоррен Шуди
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.