Rozbieżność między głowami a ogonami


12

Rozważ sekwencję rzutów bezstronnej monety. Niech oznacza wartość bezwzględną nadwyżki liczby głów nad ogonami widzianej w pierwszych rzutach . Zdefiniuj . Pokaż, że E [H_i] = \ Theta (\ sqrt {i}) i E [H] = \ Theta (\ sqrt {n}) .nHiiH=maxiHiE[Hi]=Θ(i)E[H]=Θ(n)

Ten problem pojawia się w pierwszym rozdziale „Randomized algorytmów” Raghavan i Motwani, więc być może istnieje elementarny dowód na powyższe stwierdzenie. Nie jestem w stanie go rozwiązać, więc byłbym wdzięczny za wszelką pomoc.

Odpowiedzi:


9

Twoje rzuty monetą tworzą jednowymiarowy losowy spacer zaczynające się od , z , każda z opcji z prawdopodobieństwem . Terazi tak . Łatwo obliczyć (to tylko wariancja), a więc z wypukłości. Wiemy również, że jest rozłożony w przybliżeniu normalnie z zerową średnią i wariancją , więc możesz obliczyć .X 0 = 0 X i + 1 = X i ± 1 1 / 2 H ja = | X i | H 2 i = X 2 i E [ X 2 i ] = i E [ H i ] ≤ √X0,X1,…X0=0Xi+1=Xi±11/2Hi=|Xi|Hi2=Xi2E[Xi2]=ja XiiE[Hi]≈ √mi[H.ja]≤mi[H.ja2)]=jaXjajami[H.ja]≈(2)/π)ja

Jeśli chodzi o , mamy prawo iterowanego logarytmu , co (być może) prowadzi nas do oczekiwania czegoś nieco większego niż . Jeśli jesteś dobry w górnej granicy , możesz użyć dużej granicy odchylenia dla każdego a następnie granicy unii, chociaż ignoruje to fakt, że są powiązane.√mi[maxja≤nH.ja]˜ O ( √nXiXiO~(n)XjaXja

Edycja: Jak to się dzieje, ze względu na zasadę odbicia, patrz to pytanie . Więc od . Teraz a zatemE [ max i ≤ n X i ]Par[maxja≤nXja=k]=Par[Xn=k]+Par[Xn=k+1] Pr[Hn=k]=Pr[Xn=

E[maxi≤nXi]=∑k≥0k(Pr[Xn=k]+Pr[Xn=k+1])=∑k≥1(2k−1)Pr[Xn=k]=∑k≥12kPr[Xn=k]−12+12Pr[Xn=0]=E[Hn]+Θ(1),
max i ≤ n X i + max i ≤ n ( - X iPr[Hn=k]=Pr[Xn=k]+Pr[Xn=−k]=2Pr[Xn=k]E[maxi≤nHi]≤2E[Hn]+Θ(1)=O(√
maxja≤nXja+maxja≤n(-Xja)2)≤maxja≤nH.ja≤maxja≤nXja+maxja≤n(-Xja),
mi[maxja≤nH.ja]≤2)mi[H.n]+Θ(1)=O(n). Drugi kierunek jest podobny.

Po udowodnieniu, że , nie możemy powiedzieć, że dla mamy drugi wynik, tzn. Brak jest większy niż . i=nE[H i ]Θ( √mi[H.ja]=Θ(ja)ja=nmi[H.ja]Θ(n)
— chazisop,

1
Jeśli były niezależne, wówczas wniosek nie byłby prawdziwy, ponieważ w rzeczywistości oczekujesz, że niektóre z tych wartości będą nieco większe niż oczekiwane. Na ogół nie jest prawdą, że . E [ maks. ( A , B ) ] = maks. ( E [ A ] , E [ B ] )H.jami[max(ZA,b)]=max(mi[ZA],mi[b])
— Yuval Filmus

1
Prawo iterowanego logarytmu nie ma tutaj zastosowania, ponieważ jest ustalone i nie normalizujemy się przez . Odpowiedź na to . i E max i ≤ n H i θ ( √niEmaxi≤nHiθ(n)
— Peter Shor,

+1 za pierwszą część. ale szczerze mówiąc, nie rozumiem drugiej części (czy możesz opracować więcej informacji). Nie oznacza to jednak, że jest to nieprawidłowe.
— AJed

1
Niezły dowód. Ale utknąłem, jak udowodnić, że jest dolną granicą ? Wygląda na to, że w odpowiedzi nie wspomniano żadnych szczegółów na temat dolnej granicy. E(Hi)nE(Hi)
— konjac

2

Możesz użyć rozkładu półnormalnego, aby potwierdzić odpowiedź.

Rozkład półnormalny stwierdza, że ​​jeśli jest rozkładem normalnym ze średnią 0 i wariancją , tonastępuje połowa rozkładu ze średnią i wariancją . Daje to wymaganą odpowiedź, ponieważ wariancja normalnego marszu wynosi , i można przybliżać rozkład do rozkładu normalnego za pomocą centralnego twierdzenia granicznego.σ 2 | X | σ √Xσ2|X| σ2(1-2/π)σ2nXσ2πσ2(1−2/π)σ2nX

X jest sumą losowego marszu, jak wspomniał Yuval Filmus.


Nie wolę tego, co opublikowałem. chociaż daje dolną granicę, nic nie można powiedzieć o górnej granicy. Próbowałem użyć argumentu maksymalnej dystrybucji, aby go rozwiązać, okazało się to brzydką integracją. Ale dobrze jest znać wszystkie te rozkłady.
— AJed

2

W pierwszych załóżmy, że otrzymujemy ogonów, a następnie. Dlatego Użyj przybliżenia Stirlinga , wiemy .k H 2 i = 2 | i - k | E ( H 2 i )2)jakH.2)ja=2)|ja-k|

mi(H.2)ja)=2)∑k=0ja(2)jak)(12))2)ja⋅2)(ja-k)=(12))2)ja-2)[ja∑k=0ja(2)jak)-∑k=0jak(2)jak)]=(12))2)ja-2)[ja(2)2)ja+(2)jaja))/2)-2)ja∑k=0ja-1(2)ja-1k)]=(12))2)ja-2)⋅ja[2)2)ja-1+(2)jaja)/2)-2)⋅2)2)ja-1/2)]=2)ja⋅(2)jaja)/2)2)ja.
mi(H.2)ja)=Θ(2)ja)

nie powinniśmy brać pod uwagę przypadków, w których ? wygląda na to, że brakuje Ci mnożenia 2, prawda? ja<k≤2)ja
— omerbp
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.