Distancia estadística entre moneda uniforme y sesgada


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Vamos U será la distribución uniforme sobre n bits de, y dejar que D sea la distribución sobre n bits de donde los bits son independientes y cada bit se 1 con una probabilidad de 1/2−ϵ . ¿Es cierto que la distancia estadística entre D y U es Ω(ϵn), cuandon≤1/ϵ2?


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Si. La distancia estadística entre U y V es al menos PrU(∑xi>n/2)−PrD(∑xi>n/2) , que es Ω(εn); vea, por ejemplo, la respuesta de matus aquí:cstheory.stackexchange.com/questions/14471/…
— Yury

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Gracias. ¿Quizás explique cómo obtener esto de lo que matus escribió en una respuesta que puedo aceptar?
— Manu


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Con respecto a la respuesta de Matus, puedes hacerlo mejor que la desigualdad de Slud; ver (2.13,2.14) en arxiv.org/abs/1606.08920
— Aryeh

Respuestas:


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x1,…,xnUDPrU(∑xi≥t)−PrD(∑xi≥t)tt=n/2+n

Tenga en cuenta que para alguna constante absoluta . Si , entonces la distancia estadística es al menos , y hemos terminado. Entonces asumimos a continuación que .PrU(∑xi≥t)≥c1c1>0PrD(∑xi≥t)≤c1/2c1/2PrD(∑xi≥t)≥c1/2

Deje para iid Bernoulli variables aleatorias con . Nuestro objetivo es demostrar que . Por el teorema del valor medio, para algunos . Ahora, demostraremos que ; eso implicará que la distancia estadística deseada es al menos , según sea necesario.f(s)=Pr(∑xi≥t)x1,…,xnPr(xi=1)=1/2−sf(0)−f(ε)=Ω(εn)

f(0)−f(ε)=−εf′(ξ),
ξ∈(0,ε)−f′(ξ)≥Ω(n)Ω(nε)

Escribir, y Tenga en cuenta que Así,

f(ξ)=∑k≥t(nk)(12−ξ)k(12+ξ)n−k,
f′(ξ)=∑k≥t(nk)(−k(12−ξ)k−1(12+ξ)n−k+(n−k)(12−ξ)k(12+ξ)n−k−1)=−∑k≥t(nk)(12−ξ)k(12+ξ)n−kk/2+kξ−(n−k)/2+(n−k)ξ(1/2−ξ)(1/2+ξ).
k/2+kξ−(n−k)/2+(n−k)ξ(1/2−ξ)(1/2+ξ)=(2k−n)/2+nξ(1/2−ξ)(1/2+ξ)≥2(2t−n)=4n.
−f′(ξ)≥4n∑k≥t(nk)(12−ξ)k(12+ξ)n−k=4nf(ξ)≥4nf(ε)≥4n⋅(c1/2).
Aquí, usamos el supuesto de que . Mostramos que .f(ε)=PrD(x1+⋯+xn≥t)≥c1/2−f′(ξ)=Ω(n)

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Una prueba algo más elemental y un poco más desordenada (o al menos eso me parece).

Por conveniencia, escriba , con por supuesto.ε=γnγ∈[0,1)

Explicitamente limitamos la expresión de : dTV⁡(P,U)

2dTV⁡(P,U)=∑x∈{0,1}n|(12+γn)|x|(12−γn)n−|x|−12n|=12n∑k=0n(nk)|(1+2γn)k(1−2γn)n−k−1|≥12n∑k=n2+nn2+2n(nk)|(1+2γn)k(1−2γn)n−k−1|≥Cn∑k=n2+nn2+2n|(1+2γn)k(1−2γn)n−k−1|
donde es una constante absoluta. Reducimos el límite de cada sumando por separado: arreglando y escribiendo , para que cada sumando esté limitado por una cantidad que converja (cuando ) aC>0kℓ=k−n2∈[n,2n]
(1+2γn)k(1−2γn)n−k=(1−4γ2n)n/2(1+2γn1−2γn)ℓ≥(1−4γ2n)n/2(1+2γn1−2γn)n→n→∞e4γ−2γ2
n→∞e4γ−2γ2−1>4γ−2γ2>2γ ; lo que implica que cada uno es . En resumen, esto produce como se afirma.Ω(γ)
2dTV⁡(P,U)≥Cn∑k=n2+nn2+2nΩ(γ)=Ω(γ)=Ω(εn)

(Usar Hellinger como proxy debido a sus buenas propiedades de distribución de productos wrt es tentador y sería mucho más rápido, pero habría una pérdida por un factor cuadrático en el límite inferior final).
— Clement C.

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¡Agradable! Me gusta el enfoque elemental. También deberíamos poder hacerlo no asintótico en ... una forma es usar , luego usa la agradable desigualdad . Un poco desordenado n(1+z1−z)n≥(1+2z)n1+w≥ew−w2/2
— usul
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