تقارب التدابير
في الرياضيات ، وتحديدًا في نظرية القياس ، توجد مفاهيم متعددة لتقارب القياسات . لفهمٍ عامٍّ بديهيٍّ لمعنى تقارب القياسات ، لنفترض متتالية من القياسات μ<sub> n</sub> على فضاءٍ ما، تشترك في مجموعةٍ مشتركةٍ من المجموعات القابلة للقياس. قد تُمثِّل هذه المتتالية محاولةً لبناء تقريبات "أفضل فأفضل" لقياسٍ مرغوبٍ μ يصعب الحصول عليه مباشرةً. يخضع معنى "أفضل فأفضل" لجميع المحاذير المعتادة لحساب النهايات ؛ فلأي هامش خطأ ε > 0، نحتاج إلى وجود N كبير بما يكفي، حيث n ≥ N، لضمان أن يكون "الفرق" بين μ <sub>n </sub> و μ <sub>n</sub> أصغر من ε . تُحدِّد مفاهيم التقارب المختلفة بدقةٍ ما ينبغي أن تعنيه كلمة "الفرق" في هذا الوصف؛ وهذه المفاهيم ليست متكافئةً فيما بينها، وتختلف في قوتها.
فيما يلي وصف لثلاثة من أكثر مفاهيم التقارب شيوعاً.
أوصاف غير رسمية
يحاول هذا القسم تقديم وصفٍ مبسطٍ وبديهي لثلاثة مفاهيم للتقارب، باستخدام المصطلحات المستخدمة في مقررات حساب التفاضل والتكامل ؛ وهذا القسم بطبيعته غير دقيق وغير مكتمل، لذا يُنصح القارئ بالرجوع إلى التوضيحات الرسمية في الأقسام اللاحقة. وعلى وجه الخصوص، لا تتناول الأوصاف الواردة هنا إمكانية أن يكون قياس بعض المجموعات لانهائيًا، أو أن يُظهر الفضاء الأساسي سلوكًا شاذًا، كما أن بعض العبارات تتطلب افتراضات تقنية إضافية. ومع ذلك، فإن جميع العبارات الواردة في هذا القسم صحيحة إذا كانت μ <sub>n</sub> متتالية من مقاييس الاحتمال على فضاء بولندي .
تُضفي المفاهيم المختلفة للتقارب طابعاً رسمياً على التأكيد القائل بأن "القيمة المتوسطة" لكل دالة "جيدة بما فيه الكفاية" يجب أن تتقارب:
يتطلب إضفاء الطابع الرسمي على هذا الأمر تحديدًا دقيقًا لمجموعة الدوال قيد الدراسة ومدى انتظام التقارب المطلوب.
يتطلب مفهوم التقارب الضعيف حدوث هذا التقارب لكل دالة متصلة ومحدودة f . ويتعامل هذا المفهوم مع التقارب للدوال المختلفة f بشكل مستقل عن بعضها البعض، أي أن الدوال المختلفة f قد تتطلب قيمًا مختلفة لـ N ≤ n ليتم تقريبها بنفس الجودة (وبالتالي، يكون التقارب غير منتظم في f ).
إن مفهوم التقارب على مستوى المجموعات يُضفي طابعاً رسمياً على التأكيد القائل بأن مقياس كل مجموعة قابلة للقياس يجب أن يتقارب:
مرة أخرى، لا يُشترط التجانس على المجموعة A. وبشكل بديهي، عند النظر في تكاملات الدوال "الجيدة"، يوفر هذا المفهوم تجانسًا أكبر من التقارب الضعيف. في الواقع، عند النظر في متواليات القياسات ذات التباين المحدود بشكل منتظم على فضاء بولندي ، فإن التقارب على مستوى المجموعات يستلزم التقارب. لأي دالة قابلة للقياس ومحدودة f . وكما كان من قبل، فإن هذا التقارب غير منتظم في f .
يُضفي مفهوم التقارب التبايني الكلي طابعًا رسميًا على التأكيد القائل بأن مقياس جميع المجموعات القابلة للقياس يجب أن يتقارب بشكل منتظم ، أي أنه لكل ε > 0 يوجد N بحيثلكل n > N ولكل مجموعة قابلة للقياس A. كما في السابق، هذا يعني تقارب التكاملات مقابل الدوال القابلة للقياس المحدودة، ولكن هذه المرة يكون التقارب منتظمًا على جميع الدوال المحدودة بأي ثابت ثابت.
تقارب التباين الكلي للمقاييس
هذا هو أقوى مفهوم للتقارب معروض في هذه الصفحة، ويُعرَّف على النحو التالي. ليكنليكن فضاءً قابلاً للقياس . تُعطى مسافة التباين الكلية بين قياسين (موجبين) μ و ν بالعلاقة التالية:
هنا، يُحسب الحد الأعلى على الدالة f التي تشمل مجموعة جميع الدوال القابلة للقياس من X إلى [ −1, 1 ] . وهذا يختلف، على سبيل المثال، عن مقياس واسرشتين ، حيث يكون التعريف بنفس الشكل ، ولكن يُحسب الحد الأعلى على الدالة f التي تشمل مجموعة الدوال القابلة للقياس من X إلى [ −1, 1 ] والتي يكون ثابت ليبشيتز الخاص بها على الأكثر 1؛ ويختلف أيضًا عن مقياس رادون ، حيث يُحسب الحد الأعلى على الدالة f التي تشمل مجموعة الدوال المتصلة من X إلى [ −1, 1 ] . في حالة كون X فضاءً بولنديًا ، يتطابق مقياس التباين الكلي مع مقياس رادون.
إذا كان كل من μ و ν مقياسين احتماليين ، فإن مسافة التباين الكلية تُعطى أيضًا بالصيغة التالية:
يمكن اعتبار التكافؤ بين هذين التعريفين حالة خاصة من ازدواجية مونج-كانتوروفيتش . ومن التعريفين السابقين، يتضح أن مسافة التباين الكلي بين مقاييس الاحتمال تتراوح دائمًا بين 0 و2.
لتوضيح معنى مسافة التباين الكلي، لنفترض التجربة الفكرية التالية. لنفترض أن لدينا مقياسين احتماليين μ و ν ، بالإضافة إلى متغير عشوائي X. نعلم أن X يتبع إما قانون μ أو ν، لكننا لا نعرف أيهما. لنفترض أن لكل من هذين المقياسين احتمالًا مسبقًا قدره 0.5 لكونهما القانون الصحيح لـ X. لنفترض الآن أن لدينا عينة واحدة موزعة وفقًا لقانون X، وأن المطلوب منا هو تخمين أي من التوزيعين يصف هذا القانون. الكمية
ثم يوفر حدًا أعلى دقيقًا للاحتمالية المسبقة بأن يكون تخميننا صحيحًا.
بالنظر إلى التعريف أعلاه لمسافة التباين الكلي، يقال إن سلسلة μ n من المقاييس المعرفة على نفس فضاء القياس تتقارب إلى مقياس μ في مسافة التباين الكلي إذا كان لكل ε > 0 ، يوجد N بحيث أنه لكل n > N ، يكون لدينا [ 1 ]
التقارب المتسلسل للمقاييس
لفي فضاء قابل للقياس ، يُقال إن متتالية μ n تتقارب مجموعةً تلو الأخرى إلى حد μ إذا
لكل مجموعة.
تدوينات الأسهم النموذجية هيو.
على سبيل المثال، كنتيجة لـ Riemann–Lebesgue lemma ، فإن متتالية μ n من القياسات على الفترة [ −1، 1 ] المعطاة بواسطة μ n ( dx ) = (1 + sin( nx )) dx تتقارب بشكل مجموعي إلى قياس Lebesgue، لكنها لا تتقارب في التباين الكلي.
في سياق القياس النظري أو الاحتمالي، يُشار غالبًا إلى التقارب على مستوى المجموعات بالتقارب القوي (مقابل التقارب الضعيف). قد يؤدي هذا إلى بعض الغموض، لأنه في التحليل الوظيفي ، يشير التقارب القوي عادةً إلى التقارب بالنسبة إلى معيار معين.
تقارب ضعيف للمقاييس
في الرياضيات والإحصاء ، يُعد التقارب الضعيف أحد أنواع التقارب العديدة المتعلقة بتقارب المقاييس . وهو يعتمد على طوبولوجيا الفضاء الأساسي، وبالتالي فهو ليس مفهومًا نظريًا بحتًا للقياس .
توجد عدة تعريفات متكافئة للتقارب الضعيف لمتتالية من المقاييس، بعضها (ظاهرياً) أكثر عمومية من غيرها. يُعرف تكافؤ هذه الشروط أحياناً باسم نظرية بورتمانتو . [ 2 ]
التعريف. ليكنليكن فضاءً متريًا مع بوريل الخاص به-الجبر. سلسلة محدودة من مقاييس الاحتمالية الموجبةعلىيقال إنها تتقارب بشكل ضعيف إلى مقياس احتمالي(يشار إليه)) إذا تحققت أي من الشروط المكافئة التالية (هنا)يشير إلى التوقع أو التكامل بالنسبة إلى، بينمايشير إلى التوقع أو التكامل بالنسبة إلى):
- لجميع الدوال المحدودة والمتصلة؛
- لجميع الدوال المحدودة ودوال ليبشيتز؛
- لكل دالة شبه متصلة علويةمحدود من الأعلى؛
- لكل دالة شبه متصلة سفليةمحدود من الأسفل؛
- لجميع المجموعات المغلقةمساحة؛
- لجميع المجموعات المفتوحةمساحة؛
- لجميع مجموعات الاستمراريةقياس.
في هذه الحالةو(مع بنيتها الطوبولوجية المعتادة) متماثلة طوبولوجيًا، إذاوتشير إلى دوال التوزيع التراكمي للمقاييسوعلى التوالي، ثميتقارب بشكل ضعيف إلىإذا وفقط إذالجميع النقاطعندهامتصل.
على سبيل المثال، التسلسل حيثيقع مقياس ديراك عنديتقارب بشكل ضعيف إلى مقياس ديراك الموجود عند 0 (إذا اعتبرنا هذه مقاييس على(مع الطوبولوجيا المعتادة)، لكنها لا تتقارب على مستوى المجموعات. وهذا واضح بديهيًا: فنحن لا نعرف سوى أنهو "قريب من"بسبب بنية.
يمكن توسيع هذا التعريف للتقارب الضعيف ليشملأي فضاء طوبولوجي قابل للقياس . كما أنه يُعرّف طوبولوجيا ضعيفة على، مجموعة جميع مقاييس الاحتمالية المعرفة علىيتم توليد الطوبولوجيا الضعيفة بواسطة أساس المجموعات المفتوحة التالي:
أين
لوإذا كان قابلاً للفصل أيضاً ،قابلة للقياس والفصل، على سبيل المثال باستخدام مقياس ليفي-بروكوروف . إذاوهو أيضًا مضغوط أو بولندي ، لذا فهو كذلك.
لوقابل للفصل، يندمج بشكل طبيعي فيباعتبارها المجموعة (المغلقة) من مقاييس ديراك ، وهيكلها المحدب كثيف .
توجد العديد من "رموز الأسهم" لهذا النوع من التقارب: وأكثرها استخدامًا هي،،و.
التقارب الضعيف للمتغيرات العشوائية
يتركليكن Ω فضاء احتمالي و X فضاء متري. إذا كانت X <sub>n</sub> : Ω → X متتالية من المتغيرات العشوائية ، يُقال إن X <sub> n </sub> تتقارب تقاربًا ضعيفًا (أو في التوزيع أو في القانون ) إلى المتغير العشوائي X <sub>n</sub> : Ω → X عندما n → ∞ إذا كانت متتالية مقاييس الدفع الأمامي ( X <sub>n</sub> ) * ( P ) تتقارب تقاربًا ضعيفًا إلى X * ( P ) بمعنى التقارب الضعيف للمقاييس على X ، كما هو مُعرَّف أعلاه.
مقارنة مع تقارب غامض
يتركليكن فضاءً متريًا (على سبيل المثالأوتُستخدم فضاءات دوال الاختبار التالية بشكل شائع في تقارب مقاييس الاحتمال. [ 3 ]
- فئة الدوال المتصلةكل منها يختفي خارج مجموعة صغيرة.
- فئة الدوال المتصلةبحيث
- فئة الدوال المتصلة والمحدودة
لدينا. علاوة على ذلك،هل إغلاقفيما يتعلق بالتقارب المنتظم. [ 3 ]
تقارب غامض
سلسلة من الإجراءاتيتقارب بشكل غامض إلى مقياسإن كان ذلك للجميع، .
التقارب الضعيف
سلسلة من الإجراءاتيتقارب بشكل ضعيف إلى مقياسإن كان ذلك للجميع، .
بشكل عام، لا يُعتبر مفهوما التقارب هذان متكافئين.
في سياق الاحتمالات، يكون التقارب الغامض والتقارب الضعيف لمقاييس الاحتمال متكافئين بافتراض التماسك . أي، سلسلة متماسكة من مقاييس الاحتماليتقارب بشكل غامض إلى مقياس احتماليإذا وفقط إذايتقارب بشكل ضعيف إلى.
إن النهاية الضعيفة لسلسلة من مقاييس الاحتمال، إن وُجدت، هي مقياس احتمال. وبشكل عام، إذا لم يُفترض التقارب التام، فقد لا تتقارب سلسلة من مقاييس الاحتمال (أو الاحتمال الجزئي) بالضرورة تقاربًا غامضًا إلى مقياس احتمال حقيقي، بل إلى مقياس احتمال جزئي (مقياس بحيث[ 3 ] وبالتالي ، فإن سلسلة من مقاييس الاحتماليةبحيثأينإن عدم تحديد كونه مقياس احتمالية لا يضمن بالضرورة التقارب الضعيف.
التقارب الضعيف للمقاييس كمثال على التقارب الضعيف*
على الرغم من تشابه الاسم مع التقارب الضعيف في سياق التحليل الوظيفي، فإن التقارب الضعيف للمقاييس هو في الواقع مثال على التقارب الضعيف*. وفيما يلي تعريفات التقارب الضعيف والتقارب الضعيف* المستخدمة في التحليل الوظيفي:
يتركأن يكون فضاء متجهي طوبولوجي أو فضاء باناخ.
- تسلسلفييتقارب بشكل ضعيف إلىلو مثلللجميعيكتب أحدهممثل.
- سلسلة منيتقارب في طوبولوجيا * الضعيفة إلىبشرط أنللجميعأي أن التقارب يحدث بمعنى نقطي. في هذه الحالة، يكتب المرءمثل.
لتوضيح كيف أن التقارب الضعيف للمقاييس هو مثال على التقارب الضعيف*، نقدم مثالاً من حيث التقارب الغامض (انظر أعلاه). ليكنليكن فضاء هاوسدورف متراصًا محليًا. وبحسب نظرية تمثيل ريس ، فإن الفضاءإن فضاء مقاييس رادون متماثل مع فضاء جزئي من فضاء الدوال الخطية المتصلة علىلذلك، لكل قياس للرادون، هناك دالة خطيةبحيثللجميعبتطبيق تعريف التقارب الضعيف* بدلالة الدوال الخطية، نحصل على توصيف التقارب الغامض للمقاييس. بالنسبة للمجموعات المدمجة،لذلك في هذه الحالة، يعتبر التقارب الضعيف للمقاييس حالة خاصة من التقارب الضعيف*.
انظر أيضاً
ملاحظات ومراجع
- ↑ مدراس، نيل؛ سيزر، دينيز (25 فبراير 2011). "حدود كمية لتقارب سلسلة ماركوف: مسافات ووترشتاين والتباين الكلي". برنولي . 16 (3): 882-908 . arXiv : 1102.5245 . doi : 10.3150/09-BEJ238 . S2CID 88518773 .
- ↑ كلينك، آخيم (2006). نظرية الاحتمالات . سبرينغر-فيرلاغ. ISBN 978-1-84800-047-6.
- 1 2 3 تشونغ، كاي لاي (1974). دورة في نظرية الاحتمالات . أرشيف الإنترنت. نيويورك، دار النشر الأكاديمية. الصفحات 84-99 . ISBN 978-0-12-174151-8.
للمزيد من القراءة
- أمبروسيو، ل.، جيجلي، ن.، وسافاري، ج. (2005). تدفقات التدرج في الفضاءات المترية وفي فضاء مقاييس الاحتمال . بازل: المعهد الفدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ، دار نشر بيركهاوزر. ISBN 3-7643-2428-7.
{{cite book}}: صيانة CS1: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( رابط ) - بيلينغسلي، باتريك (1995). الاحتمال والقياس . نيويورك، نيويورك: جون وايلي وأولاده، رقم ISBN 0-471-00710-2.
- بيلينغسلي، باتريك (1999). تقارب مقاييس الاحتمال . نيويورك، نيويورك: جون وايلي وأولاده، رقم ISBN 0-471-19745-9.
- نظرية القياس
- التقارب (الرياضيات)
