Jaki jest dowód na tę niestandardową wersję nierówności Azumy?


12

W Załączniku B do Zwiększania i różnicowej prywatności autorstwa Dwork i wsp. Autorzy podają następujący wynik bez dowodu i nazywają go nierównością Azumy:

Niech być rzeczywista zmiennymi losowymi takimi, że dla każdego ,C1,,Cki[k]

  1. Pr[|Ci|α]=1 i
  2. dla każdego (c1,,ci1)Supp(C1,,Ci1) mamy E[CiC1=c1,,Ci1=ci1]β .

Następnie dla każdego z>0 mamy Pr[i=1kCi>kβ+zkα]ez2/2 .

Mam problem z udowodnieniem tego. Standardowa wersja nierówności Azuma za mówi:

Załóżmy, że {X0,X1,,Xk} to martingale, a |XiXi1|γi prawie na pewno. Następnie dla wszystkich t>0 mamy Pr[Xkt]exp(t2/(2i=1kγi2)) .

Aby udowodnić wersję nierówności Azumy podaną przez Dwork i wsp., Pomyślałem, że powinniśmy wziąć X0=0 i Xi=Xi1+CiE[CiC1,C2,,Ci1] . W ten sposób myślę, że {X0,,Xk} to martingale. Ale wszystko, co możemy powiedzieć, to że |XiXi1|2α prawie na pewno, prawda? Ten czynnik dwóch powoduje kłopoty, ponieważ oznacza, że ​​po podstawieniu stwierdzamy, że Pr[i=1kCi>kβ+zk2α]ez2/2 2/2 } , który jest słabszy niż wniosek Dwork i in.

Czy brakuje mi prostej sztuczki? Czy wypowiedź Dworka i in. brakuje czynnika dwa?


Stwierdzenie w artykule jest prawdziwe, ale nie wynika z „zwykłej” wersji nierówności Azumy. Problem polega na tym, że zwykła instrukcja zakłada ale dowolny przedział o tej samej długości; nie ma powodu, aby zakładać interwał symetryczny. XiXi1[a,a]
Thomas

Odpowiedzi:


13

Nie mogę znaleźć referencji, więc naszkicuję tutaj dowód.

Twierdzenie. Niech będą prawdziwymi zmiennymi losowymi. Niech będą stałymi. Załóżmy, że dla wszystkich i wszystkich obsługujących , mamya 1 , , a n , b 1 , , b n i { 1 , , n } ( x 1 , , x i - 1 ) ( X 1 , , X i - 1X1,,Xna1,,an,b1,,bni{1,,n}(x1,,xi1)(X1,,Xi1)

  1. E[Xi|X1=x1,,Xi1=xi1]0 i
  2. P[Xi[ai,bi]]=1 .

Następnie, dla wszystkich ,P [ n i = 1 X it ]exp ( - 2 t 2t0

P[i=1nXit]exp(2t2i=1n(biai)2).

Dowód. Zdefiniuj . Twierdzimy, że Dla wszystkich i mamy Z założenia i dla wszystkich w ramach wsparciai { 1 , , n } λ 0 E [ e λ Y i ]eYi=j=1iXjiλE[eλYi]=E[eλYi-1eλXi]=E[eλYi-1E[e

(*)i{1,,n} λ0     E[eλYi]e18λ2j=1i(bjaj)2.
iλμ(y i - 1 ):=E[Xi| Y i - 1 =y i - 1 ]0P[Xi[ai,bi]]=1y i - 1 Y i - 1 Y i X1+
E[eλYi]=E[eλYi1eλXi]=E[eλYi1E[eλXi|Yi1]].
μ(yi1):=E[Xi|Yi1=yi1]0P[Xi[ai,bi]]=1yi1Yi1. (Zauważ, że ). Tak więc, dzięki lematowi Hoeffdinga , dla wszystkich w ramach wsparcia i wszystkich . Ponieważ , dla wszystkich , Teraz indukcja daje powyższe twierdzenie (*).Yi1=X1++Xi1
E[eλXi|Yi1=yi1]eλμ(yi1)+18λ2(biai)2
yi1Yi1λRμ(yi1)0λ0
E[eλYi]E[eλYi1e0+18λ2(biai)2].

Teraz stosujemy nierówność Markowa do i używamy naszego twierdzenia (*). Dla wszystkich , Na koniec ustaw aby zminimalizować wyrażenie prawej ręki i uzyskać wynik. eλYnt,λ>0

P[i=1nXit]=P[Ynt]=P[eλYneλt]E[eλYn]eλte18λ2i=1n(biai)2eλt.
λ=4ti=1n(biai)2

Jak wspomniałem w moim komentarzu, kluczową różnicą między tym a „zwykłym” stwierdzeniem nierówności Azumy jest wymóg , a nie . Ten pierwszy pozwala na większą elastyczność, co w niektórych przypadkach pozwala zaoszczędzić współczynnik 2.Xi[ai,bi]Xi[a,a]

Zauważ, że losowe zmienne w dowodzie są . Zwykłą wersję nierówności Azumy można uzyskać, biorąc Martingale , ustawiając i (gdzie ), a następnie stosując powyższy wynik.Y 1 , , Y n X i = Y i - Y i - 1 [ a i , b i ] = [ - c i , c i ] P [ | Y i - Y i - 1 | c i ] = 1YiY1,,YnXi=YiYi1[ai,bi]=[ci,ci]P[|YiYi1|ci]=1


W pierwszym wierszu dowodu powinna to być prawdopodobnie (górna granica sumy jako zamiast ) .... i nYi=j=1iXjin
Dougal

1
Dowód podany jest również w monografii Dubhashi i Panconesi.
Kristoffer Arnsfelt Hansen

@KristofferArnsfeltHansen: Świetnie. Czy masz link?
Thomas
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.