33-遍历理论


动机问题

  • 考虑 上参数固定为 的独立边渗流。先看一些模拟。

  • 为从 的边集到 的所有映射组成的集合, 为通常的乘积 -代数,而

    为相应的概率测度。

  • 现在考虑一个以原点为中心的 方框,并问:方框中有多大比例的点属于某个无穷簇?当 时,这个比例是否以某种意义——依概率,或甚至几乎必然——收敛到一个极限?

  • 如果 彼此独立,这就只是一个大数定律问题。但 彼此并不独立,远非如此。

  • 我们没有独立性,但有平移不变性。这是否已经足够?

  • 更一般地,设 按某种平移不变的方式分布,且

    在一个大方框中, 的平均值是否近似为常数?

重新表述问题

  • 为把 移到 平移。每个 都在 上诱导一个保测平移。于是

    因此,对一系列 的值相加,等价于把

    的值相加。

  • 平移群由一步竖直平移和一步水平平移生成。把 上相应的两个映射——它们彼此交换并保持 ——记为

  • 我们关心的是对一系列

    的平均值。

  • 再进一步简化,只考虑一维问题。此时有一个随机变量 ,并研究形如

    的经验平均。

例:平稳序列

  • 可以取 为独立同分布随机变量。

  • 或者 可以是一条马尔可夫链,其中每个 都服从平稳分布

  • 圆周旋转:设 上均匀分布,并令

  • 平稳,且

    可测,则

    也平稳。

  • Bernoulli 移位: 独立同分布,并令

  • 利用 Kolmogorov 扩张定理,可以从单侧平稳序列构造双侧的、以 为指标的平稳序列。

  • 如果 是参数为 的硬币的独立同分布投掷结果,但 本身也是随机的,会怎样?

定义

  • 如果 的对称差的测度为零,就称 不变的

  • 注意:所有不变事件组成的类 是一个 -域。

  • 如果 平凡,也就是说每个 都满足

    就称保测变换是遍历的

  • 例:

    不变,那么 必然属于尾 -域 。因此,由 Kolmogorov 的 律, 的概率为零或一。所以这个序列是遍历的;换言之,序列空间

    上的移位是遍历的。

提纲

  • 基本设定
  • Birkhoff 遍历定理

遍历定理

  • 上的保测变换。则对任意 ,都有

    收敛既是几乎必然的,也是 意义下的。

  • 注意:如果序列是遍历的,那么

    所以极限就是均值。

  • 证明需要几页篇幅。我们要一起推导吗?


文章作者: Gustavo
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