12.2

Разности мартингала и неравенство Хёффдинга

[4/100%]
Показать
LaTeX
Задача 12.2.1

Требуется упаковать рюкзак с максимальной выгодой. Предположим, у вас есть nn предметов, причём ii-й предмет имеет объём ViV_{i} и ценность WiW_{i}, где V1,V2,…,Vn,W1,W2,…,WnV_{1}, V_{2}, \ldots , V_{n}, W_{1}, W_{2}, \ldots , W_{n} — независимые неотрицательные случайные величины с конечными средними, и Wi≤MW_{i} \leq M для всех ii и некоторого фиксированного MM. Ваш рюкзак имеет объём cc, и вы хотите максимизировать суммарную ценность предметов, упакованных в него. То есть вы хотите найти вектор z1,z2,…,znz_{1}, z_{2}, \ldots , z_{n} из 0 и 1 такой, что ∑1nziVi≤c\sum_{1}^{n} z_{i} V_{i} \leq c, максимизирующий ∑1nziWi\sum_{1}^{n} z_{i} W_{i}. Пусть ZZ — максимально возможная ценность содержимого рюкзака, и покажите, что P(∣Z−E[Z]∣≥x)≤2exp⁡{−x2/(2nM2)}\mathbb {P}\left(|Z-\mathbb {E}\left[Z\right]| \geq x\right) \leq 2 \exp \left\{ -x^{2} /\left(2 n M^{2}\right)\right\} при x>0x > 0.

?
Задача 12.2.2

Даны nn вершин v1,v2,…,vnv_{1}, v_{2}, \ldots , v_{n}; для каждого 1≤i<j≤n1 \leq i < j \leq n мы проводим ребро между viv_{i} и vjv_{j} с вероятностью pp; различные пары соединяются независимо друг от друга. Мы называем viv_{i} и vjv_{j} соседями, если они соединены ребром. Хроматическое число χ\chi получившегося графа — это минимальное число карандашей различных цветов, необходимых для того, чтобы каждая вершина могла быть окрашена иначе, чем каждый из её соседей. Покажите, что P(∣χ−E[χ]∣≥x)≤2exp⁡{−12x2/n}\mathbb {P}\left(|\chi -\mathbb {E}\left[\chi \right]| \geq x\right) \leq 2 \exp \left\{ -\frac{1}{2} x^{2} / n\right\} при x>0x > 0.

?
Задача 12.2.3
?
(a)

Пусть XX и YY — случайные величины такие, что X≤b<∞X \leq b < \infty п.н., E[X∣Y]=0\mathbb {E}\left[X \mid Y\right] = 0, и E[X2∣Y]≤σ2<∞\mathbb {E}\left[X^{2} \mid Y\right] \leq \sigma^{2} < \infty. Покажите, что

E[eθX∣Y]≤exp⁡{12θ2(b2+σ2)},θ≥0 \mathbb {E}\left[e^{\theta X} \mid Y\right] \leq \exp \left\{ \frac{1}{2} \theta ^{2}\left(b^{2}+\sigma ^{2}\right)\right\} , \quad \theta \geq 0
(b)

Пусть (M,F)(M, \mathcal{F}) — мартингал с M0=0M_{0} = 0, с разностями Dr=Mr−Mr−1D_{r} = M_{r}-M_{r-1}, и предположим, что Dn≤bn<∞D_{n} \leq b_{n} < \infty п.н., и E[Dn2∣Mn−1]≤σn2<∞\mathbb {E}\left[D_{n}^{2} \mid M_{n-1}\right] \leq \sigma_{n}^{2} < \infty при n≥1n \geq 1. Покажите, что

P(Mn≥t)≤exp⁡{−t22∑r=1n(br2+σr2)},t≥0 \mathbb {P}\left(M_{n} \geq t\right) \leq \exp \left\{ -\frac{t^{2}}{2 \sum _{r = 1}^{n}\left(b_{r}^{2}+\sigma _{r}^{2}\right)}\right\} , \quad t \geq 0
Задача 12.2.4

Пусть (M,F)(M, \mathcal{F}) — мартингал с M0=0M_{0} = 0, с разностями Dr=Mr−Mr−1D_{r} = M_{r}-M_{r-1}. Процесс, задаваемый формулой Qn=∑r=1nDr2Q_{n} = \sum_{r = 1}^{n} D_{r}^{2}, называется опциональной квадратической вариацией MM, тогда как Vn=∑r=1nE[Dr2∣Fr−1]V_{n} = \sum_{r = 1}^{n} \mathbb {E}\left[D_{r}^{2} \mid \mathcal{F}_{r-1}\right] называется предсказуемой квадратической вариацией MM. Покажите, что Xn=Mn2−QnX_{n} = M_{n}^{2}-Q_{n} и Yn=Mn2−VnY_{n} = M_{n}^{2}-V_{n} задают мартингалы относительно F\mathcal{F}.

?