У теорії ймовірностей та статистиці розпо́діл Радема́хера (названий на честь математика Ганса Радемахера) — це дискретний розподіл імовірностей, за якого випадкова величина має 50 % імовірність набути значення +1 і 50 % імовірність набути значення −1.

Ряд (тобто суму) випадкових величин, що мають розподіл Радемахера, можна розглядати як просте симетричне випадкове блукання з розміром кроку 1.

Математичне формулювання Функція маси ймовірностей цього розподілу має вигляд:

Межі для сум незалежних змінних Радемахера Існують різноманітні результати у теорії ймовірностей, присвячені аналізу сум незалежних однаково розподілених величин Радемахера. Вони включають нерівності концентрації (наприклад, нерівності Бернштейна), а також нерівності антиконцентрації, такі як гіпотеза Томашевського.

Нерівності концентрації Нехай  — набір випадкових величин із розподілом Радемахера. Нехай  — послідовність дійсних чисел. Тоді:

де  — евклідова норма послідовності ,  — дійсне число, а  — ймовірність події .Montgomery-Smith, S. J. (1990). «The distribution of Rademacher sums». Proc Amer Math Soc. 109 (2): 517—522.

Нехай і нехай  — майже напевно збіжний ряд у банаховому просторі. Тоді для та маємо:Dilworth, S. J.; Montgomery-Smith, S. J. (1993). «The distribution of vector-valued Radmacher series». Ann Probab. 21 (4): 2046—2052.

для деякої константи .

Нехай  — додатне дійсне число. Тоді Нерівність Хінчина стверджує, що:Khintchine, A. (1923). «Über dyadische Brüche». Math. Z. 18 (1): 109—116.

де та  — константи, що залежать лише від . Для , .

Гіпотеза Томашевського У 1986 році математик Богуслав Томашевський (Bogusław Tomaszewski) сформулював питання про розподіл суми незалежних величин Радемахера. Низка досліджень у цій галузі завершилася у 2020 році доведенням гіпотези математиками Натаном Келлером (Nathan Keller) та Охадом Кляйном (Ohad Klein).Keller, Nathan; Klein, Ohad (2021). «Proof of Tomaszewski's Conjecture on Randomly Signed Sums». arXiv:2006.16834 [math.CO].

Гіпотеза. Нехай , де , а  — незалежні величини Радемахера. Тоді:

Наприклад, коли , ми отримуємо наступну межу, вперше доведену Ван Зюйленом (Van Zuijlen):van Zuijlen, Martien C. A. (2011). «On a conjecture concerning the sum of independent Rademacher random variables». arXiv:1112.4988 [math.PR].

Ця межа є точною і кращою за ту, яку можна було б вивести з нормального розподілу (де ймовірність становить приблизно > 0,31).

Застосування

Розподіл Радемахера використовується у методі бутстрепа. Він також є особливо корисним у багатовимірній статистиці. Розподіл Радемахера можна застосувати, щоб показати, що якщо дві змінні мають нормальний розподіл і є некорельованими, це не обов'язково означає, що вони є незалежними. Випадкові вектори з компонентами, що незалежно вибираються з розподілу Радемахера, корисні для різних стохастичних апроксимацій, наприклад: Оцінка сліду Гатчінсона (Hutchinson trace estimator), яка дозволяє ефективно наближати слід матриці, елементи якої недоступні безпосередньо, а визначаються неявно через добутки матриці на вектор.Avron, H.; Toledo, S. (2011). «Randomized algorithms for estimating the trace of an implicit symmetric positive semidefinite matrix». Journal of the ACM. 58 (2): 8. SPSA (стохастична апроксимація з одночасним збуренням) — обчислювально дешева, безпохідна стохастична апроксимація градієнта, корисна для чисельної оптимізації. Випадкові величини Радемахера використовуються в нерівності симетризації (Symmetrization Inequality).

Пов'язані розподіли

Розподіл Бернуллі: Якщо має розподіл Радемахера, тоді випадкова величина має розподіл Бернуллі з параметром . Розподіл Лапласа: Якщо має розподіл Радемахера, а є незалежною від змінною (з експоненційним розподілом), тоді їхній добуток має розподіл Лапласа: .

Див. також

Функції Радемахера

Примітки