动机问题
考虑
上参数固定为 的独立边渗流。先看一些模拟。 令
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? 令
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
令
为把 移到 的 平移。每个 都在 上诱导一个保测平移。于是 因此,对一系列
把 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
求 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
在 上均匀分布,并令 若
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
与 的对称差的测度为零,就称 是不变的。 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: 若
且
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
设
是 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?