Influenza minima prevista di una funzione booleana casuale


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f:{−1,1}n→{−1,1}i

Infi⁡[f]=defPrx∼{−1,1}n[f(x)≠f(x⊕i)]
x⊕iixf
MinInf⁡[f]=defmini∈[n]Infi⁡[f].

Dato un parametro , scegliamo una funzione -random scegliendo il suo valore su ciascuno degli ingressi indipendentemente a caso per essere con probabilità , e con probabilità . Quindi, è facile vedere che, per ogni e a fortiori I_n (p ) \ stackrel {\ rm def} {=} \ mathbb {E} _ {f} [\ operatorname {MinInf} [f]] \ leq 2p (1-p). p f 2 n 1 p - 1 1 - p i ∈ [ n ] E f [ Inf i [ f ] ] = 2 p ( 1 - p )p∈[0,1]pf2n1p−11−pi∈[n]

Ef[Infi⁡[f]]=2p(1−p)
In(p)=defEf[MinInf⁡[f]]≤2p(1−p).

La mia domanda è:

Esiste un'espressione stretta asintoticamente (rispetto a n ) per I_n (p) ? Anche per p = \ frac {1} {2} , possiamo ottenere una tale espressione?In(p)p=12

In particolare, mi interessano i termini di ordine basso, cioè sarei interessato a un equivalente asintotico per la quantità 2p(1−p)−In(p) .

(La domanda successiva, ma che è subordinata alla prima, è se si può anche ottenere buoni limiti di concentrazione attorno a questa aspettativa.)


Tramite i limiti di Chernoff si può anche dimostrare che ogni ha una buona concentrazione, in modo che da un vincolo sindacale si ottenga (se non ho sbagliato troppo) ma questo è molto probabilmente sciolto sul limite inferiore (a causa del limite sindacale) e sicuramente sul limite superiore. (In particolare cerco un limite superiore strettamente inferiore al banale ).1Infi⁡[f] 1

12−O(n2n)≤In(12)≤12
12

Nota che uno dei problemi nel farlo, oltre a prendere il minimo di variabili casuali distribuite identicamente (le influenze), è che queste variabili casuali non sono indipendenti ... anche se mi aspetto che la loro correlazione decada "abbastanza velocemente" con .nnn

(Per quello che vale, ho calcolato esplicitamente i primi pochi fino a e ho eseguito simulazioni per stimare i seguenti, fino a o giù di lì. Non sono sicuro di quanto sia stato utile potrebbe essere, ma posso includerlo una volta tornato nel mio ufficio.)n = 4 n = 20In(1/2)n=4n=20


Ecco i primi pochi (solo i primi 4 sono esatti, gli altri provengono da campionamenti casuali (per stimare le influenze) mediati su 10 ^ 5 funzioni generate casualmente): (nota: per le simulazioni, non sono sicuro che la quarta cifra sia davvero significativa)
10.50020.37530.335937540.33914184570312550.362360.390770.416680.437390.4535100.4659110.4751190.4965200.4967
— Clemente C.

Risposte:


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Ecco un passo nella giusta direzione ...

Mi sostengono che per , si dispone di 1 / 2 - I n ( 1 / 2 ) = Ω ( √p=1/2.1/2−In(1/2)=Ω(1/2n)

(Questo non è abbastanza forte come dovrebbe essere. Forse qualcuno può rafforzare l'argomento per mostrare .) Ecco uno schizzo di prova.Ω(n/2n)

Basta mostrare . Lo facciamo.1/2-Ef[min(Inf1[f],Inf2[f])]=Ω(1/2n)

Si noti che se e Inf 2 [ f ] erano completamente indipendenti, ci davamo da fare perché l'attesa del minimo di due somme indipendenti è 1 / 2 - Ω ( √Inf1[f]Inf2[f]. Innanzitutto, discuteremo attentamente che le due somme sono quasi indipendenti.1/2-Ω(1/2n)

Considera l'universo dei punti . Chiama x e x ' in X i -neighbors se differiscono solo l' i esimo coordinate. Supponiamo che i due vicini contribuiscano (a Inf i [ f ] ) se f ( x ) ≠ f ( x ′ ) . (Quindi Inf i [ f ] è il numero di contribuenti iX={-1,1}nXX'X ioioInfio[f]f(x)≠f(x′)Infi[f]i-neighbors, diviso per .) Si noti che, se x e x ' sono i -neighbors, e y e y ' sono i -neighbors, allora o { x , x ' } = { y , y ' } o { x , x ′ } ∩ { y , y ′ } = ∅ . Quindi, il numero di contribuenti i2n−1xx′iyy′i{x,x′}={y,y′}{x,x′}∩{y,y′}=∅i-neighbors è la somma di variabili casuali indipendenti, ciascuna con aspettativa 1 / 2 .2n−11/2

Partiziona l'universo in 2 n - 2 gruppi di dimensioni quattro, dove x e x ' sono nello stesso gruppo se x e x ' concordano su tutti tranne le prime due coordinate. Quindi per ogni coppia ( x , x ′ ) di 1 vicini, e ogni coppia ( x , x ′ ) di 2 vicini, x e x ′ fanno parte dello stesso gruppo. Per un dato gruppo g ed i ∈ { 1X2n−2xx′xx′(x,x′)(x,x′)xx′g , diciamo rv c g io essere il numero di contribuire i -neighbors in g . Quindi, ad esempio, il numero complessivo di 1 vicini vicini è ∑ g c g 1 , una somma di 2 n - 2 variabili casuali indipendenti, ciascuna in { 0 , 1 , 2 } .i∈{1,2}cigig∑gc1g2n−2{0,1,2}

Si noti che e c g ′ 2 sono indipendenti se g ≠ g ′ . Dall'analisi di un caso, se g = g ′ , la distribuzione congiunta di c g 1 e c g 2 è c1gc2g′g≠g′g=g′c1gc2g

01201/801/8101/2021/801/8

Sia rv denota l'insieme di gruppi neutri . (Contribuiscono esattamente alla loro quantità prevista all'influenza 1 e all'influenza 2). Il numero di 1 vicini che contribuiscono è quindi | N | + ∑ g ∈ ¯ N c g 1 .N={g:c1g=c2g=1}

|N|+∑g∈N¯c1g.

Ng∈N¯c1gc2gN{cig:i∈{1,2},g∈N¯}{0,2}

E[|N¯|−min(∑g∈N¯c1g,∑g∈N¯c2g) | N]≥Θ(|N¯|).

Pr[|N¯|≤2n−2/3]exp⁡(−Ω(2n))−2n


n
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