Что является доказательством этой нестандартной версии неравенства Азумы?


12

В Приложении B « Повышение и дифференциальная конфиденциальность » Дворка и др. Авторы приводят следующий результат без доказательств и называют его неравенством Азумы:

Пусть - действительные случайные величины, такие что для каждого ,C1,…,Cki∈[k]

  1. Pr[|Ci|≤α]=1 и
  2. для каждого (c1,…,ci−1)∈Supp(C1,…,Ci−1) мы имеем E[Ci∣C1=c1,…,Ci−1=ci−1]≤β .

Тогда для каждого z>0 имеем Pr[∑i=1kCi>kβ+zk⋅α]≤e−z2/2 ,

У меня проблемы с доказательством. Стандартная версия неравенства Азумы говорит:

Предположим, что {X0,X1,…,Xk} является мартингалом, а |Xi−Xi−1|≤γi почти наверняка. Тогда для всех t>0 имеем Pr[Xk≥t]≤exp⁡(−t2/(2∑i=1kγi2)) .

Чтобы доказать версию неравенства Азумы, изложенную Дворком и др., Я решил, что нам нужно взять X0=0 и Xi=Xi−1+Ci−E[Ci∣C1,C2,…,Ci−1] . Таким образом, я думаю, что {X0,…,Xk} - мартингейл. Но все, что мы можем сказать, это то, что |Xi−Xi−1|≤2α почти наверняка, верно? Этот фактор в два раза вызывает проблемы, потому что это означает, что после замены мы просто обнаруживаем, что Pr[∑i=1kCi>kβ+zk⋅2α]≤e−z2/2 , что слабее, чем заключение, сформулированное Dwork et al.

Есть ли простой трюк, который я пропускаю? Является ли заявление Dwork et al. не хватает в два раза?


Утверждение в статье верно, но не следует из «обычной» версии неравенства Азумы. Проблема в том, что обычное утверждение предполагает но подойдет любой интервал той же длины; нет оснований предполагать симметричный интервал. Xi−Xi−1∈[−a,a]
— Томас поддерживает Монику

Ответы:


13

Я не могу найти ссылку, поэтому я просто набросал доказательство здесь.

Теорема. Пусть - реальные случайные величины. Пусть являются константами. Предположим, что для всех и всех в поддержке , у нас естьX1,⋯,Xna1,⋯,an,b1,⋯,bni∈{1,⋯,n}(x1,⋯,xi−1)(X1,⋯,Xi−1)

  1. E[Xi|X1=x1,⋯,Xi−1=xi−1]≤0 и
  2. P[Xi∈[ai,bi]]=1 .

Тогда для всех ,t≥0

P[∑i=1nXi≥t]≤exp⁡(−2t2∑i=1n(bi−ai)2).

Доказательство. Определить . Мы утверждаем, что Для всех и у нас есть По предположению, и для всех в поддержкуYi=∑j=1iXj

(*)∀i∈{1,⋯,n} ∀λ≥0     E[eλYi]≤e18λ2∑j=1i(bj−aj)2.
iλ
E[eλYi]=E[eλYi−1⋅eλXi]=E[eλYi−1⋅E[eλXi|Yi−1]].
μ(yi−1):=E[Xi|Yi−1=yi−1]≤0P[Xi∈[ai,bi]]=1yi−1Yi−1, (Обратите внимание, что .) Таким образом, по лемме Хеффдинга , для всех в поддержку и всех . Так , мы имеем, для всех , Теперь индукция дает иск (*) выше.Yi−1=X1+⋯+Xi−1
E[eλXi|Yi−1=yi−1]≤eλμ(yi−1)+18λ2(bi−ai)2
yi−1Yi−1λ∈Rμ(yi−1)≤0λ≥0
E[eλYi]≤E[eλYi−1⋅e0+18λ2(bi−ai)2].

Теперь мы применяем неравенство Маркова к и используем наше утверждение (*). Для всех , Наконец, установите чтобы минимизировать выражение правой руки и получить результат. eλYnt,λ>0

P[∑i=1nXi≥t]=P[Yn≥t]=P[eλYn≥eλt]≤E[eλYn]eλt≤e18λ2∑i=1n(bi−ai)2eλt.
λ=4t∑i=1n(bi−ai)2◼

Как я упоминал в своем комментарии, ключевое отличие между этим и «обычным» утверждением о неравенстве заключается в том , что вместо требуется . Первый обеспечивает большую гибкость, и в некоторых случаях это экономит коэффициент 2.Xi∈[ai,bi]Xi∈[−a,a]

Обратите внимание, что случайные величины в доказательстве являются супермартингалом. Вы можете получить обычную версию неравенства взяв мартингейл , установив и (где ) с последующим применением вышеуказанного результата.YiY1,⋯,YnXi=Yi−Yi−1[ai,bi]=[−ci,ci]P[|Yi−Yi−1|≤ci]=1


В первой строке доказательства это, по-видимому, должно быть (верхняя граница суммы как а не ) ....Yi=∑j=1iXjin
— Дугал

1
Доказательство также дано в монографии Дубхаши и Панконези.
— Кристоффер Арнсфельт Хансен

@KristofferArnsfeltHansen: Отлично. У вас есть ссылка?
— Томас поддерживает Монику
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.