Prosty (?) Śmieszny problem kombinatoryczny!


11

Pozwólmy naprawić 0<E<1 i liczbę całkowitą t>0 .

dla dowolnego n i dla dowolnego wektora c¯∈[0,1]n taki, że ∑i∈[n]ci≥E×n

Ac¯:=|{S⊆[n]:∑i∈S ci≥E×t}|≥(E×nt)

Nie wiem, czy to prawda, czy fałsz. Myśle że to prawda.

Moja intuicja wynika z obserwacji, że dla wektorów (z pożądaną właściwością o sumie) mamy ; w tym przypadku możemy wybrać tylko podzbiór ze zbioru .c¯∈{0,1}nAc¯=(E×nt){i | ci=1}

W innym przypadku możemy stworzyć dobry podzbiór (st suma jest większa niż ) przy użyciu współrzędnych w ale także, być może, przy użyciu kilku współrzędnych ze zbioru możemy stworzyć inny dobry zestaw!E×t{i | ci>E}{i | ci≤E}

Udowodnij to lub znajdź błąd! mając nadzieję, że może to być dla ciebie zabawna gra!

Motywacja pytania :

Załóżmy, że masz losową zmienną , typową miarą „ile losowości” jest w jest min-entropiaX∈{0,1}nX

H∞(X)=minx{−log(Pr[X=x])}

W pewnym intuicyjnym sensie min-entropia jest najgorszym przypadkiem słynnej Shannon Entropy (to jest średni przypadek ).

Interesuje nas obniżenie dolnej entropii zmiennej losowej której jest równomiernie rozłożone w zbiorze .(Z=X∧Y|Y)Y{y | ∑iyi=t}

Luźno mówiąc, jeśli mamy szczęście, możemy złapać bity które mają „dobrą entropię”, a więc jeśli to XH∞(X)≥EnH∞(Z|Y)≥Et

Jakie jest prawdopodobieństwo, że mamy szczęście?

Problem jest dobrze zbadany i istnieje wiele literatury, na przykład patrz Lemat A.3. w odpornej na wycieki kryptografii klucza publicznego w modelu ograniczonego pobierania


3
Jestem zdezorientowany terminem . Ponieważ niekoniecznie jest liczbą całkowitą, jak jest zdefiniowana? (E×nt)E×n
— Dave Clarke

2
Jaka jest motywacja?
— Anthony Labarre

6
@Dave Clarke, standardowe podejście polega na zdefiniowaniu go pod względem funkcji gamma lub (biorąc pod uwagę, że jest liczbą całkowitą) jako. t∏k=0t−1(En−k)/t!
— Peter Taylor

2
Współczynniki dwumianowe można uogólnić na argumenty niecałkowite (strona Wikipedii podaje sporo szczegółów). W tym przypadku może jednak nie być konieczne: Należy zauważyć, że wystarczy to udowodnić w ekstremalnym przypadku, gdy suma jest równa (tzn. jest ich średnią). ciE×nE
— Klaus Draeger

1
@Dave: Przepraszam za moją niedokładność, z mojego punktu widzenia możesz wybrać . ⌊En⌋
— AntonioFa

Odpowiedzi:


2

Hipoteza w poście nie ma miejsca, ale słabsza hipoteza (w odniesieniu do podłogi), o której mowa w komentarzach, trwa. W rzeczywistości coś mocniejszego.


Lemat 1. Hipoteza w poście nie ma zastosowania. Oznacza to, że istnieje instancja spełniająca podane założenia, gdzie

|{S⊆[n]:∑i∈S ci≥Et}|<(Ent).

Dowód. Rozważmy przypadek z , , i . Następnie . Po lewej stronie mamy ponieważ jakikolwiek podzbiór , który nie zawiera obu sum 1 do maksymalnie 1,7, a są tylko dwa podzbiory ( i ) zawierające oba . A prawa strona ton=3c=(1,1,0.7)E=2.7/3=0.9t=2Et=1.8

|{S⊆[3]:∑i∈S ci≥1.8}|=2
S{1,1}{1,1,0.7}(2.72)=2.7⋅1.7/2=2.295>2.   ◻

Słabsza hipoteza sugerowana w komentarzach, a mianowicie związana z podłogą, , utrzymuje się. W rzeczywistości istnieje coś nieco silniejszego:⌊En⌋

Lemat 2. Napraw , liczby całkowite i wektor pomocą . Następnie 0<E<1n,t>0c∈[0,1]n∑i∈[n]ci≥En

|{S⊆[n]:∑i∈S ci≥Et}|>(⌊En⌋t)+(⌊En⌋t+1)+⋯+(⌊En⌋⌊En⌋).

Dowód. Niech . Załóżmy WLOG, że . (W przeciwnym razie przeskaluj i każde dół o jednolity współczynnik, aby tak było. Utrzymuje to i nie zmienia ani które podzbiory sumują się do co najmniej ani pożądanej dolnej granicy liczby takie podzbiory.) Załóżmy, że WLOG, że (w przeciwnym razie roszczenie jest trywialne).a=⌊En⌋a=EnEci∑ici≥EnEtt≤a

Rozważ dowolny podzbiór o wielkości co najmniej , gdzie . Ponieważ i zawiera wszystkie elementy z wyjątkiem co najwyżej (z których każdy ma najwyżej 1), mamy , zgodnie z życzeniem.S⊆[n]n−dd=a−⌈at/n⌉≥0∑i∈[n]ci≥aSd∑i∈Sci≥a−d=⌈at/n⌉=⌈Et⌉≥Et

Liczba takich podzbiorów wynosiS

(nn−d)+(nn−d+1)+⋯+(nn−1)+(nn)

=(nd)+(nd−1)+⋯+(n1)+(n0)

>(ad)+(ad−1)+⋯+(a1)+(a0)    (używając )n>a

=(aa−d)+(aa−d+1)+⋯+(aa−1)+(aa).

Ale (używając ), więc ostatnia suma jest co najmniej pożądaną dolną granicą liczby dobrych podzbiorów. a−d=⌈at/n⌉≤ta/n=E<1  ◻

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.