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定义Definition

乘积测度

施工中 · 内容逐步修订

Product measure

在乘积 σ-代数上把可测矩形的测度规定为边测度乘积的测度。

形式陈述 ​

给定两个 σ-有限测度空间 (X,A,μ)、(Y,B,ν),令

A⊗B=σ{A×B:A∈A, B∈B}.

存在唯一测度 μ×ν 定义于这个乘积 σ-代数,且满足

(μ×ν)(A×B)=μ(A)ν(B),

其中规定 0⋅∞=∞⋅0=0。σ-有限指各空间都可写成可数个有限测度集的并;概率空间自动满足这一条件。该定理保证的是整个生成 σ-代数上的唯一性,不能只把矩形公式当作所有集合的定义。

直觉

矩形 A×B 的大小应等于两个边长式测度的乘积,但一般集合不是可数个互不交矩形的简单并。乘积测度通过扩张把矩形规则唯一延伸到由矩形生成的 σ-代数。它保存“逐坐标测量”的结构,却不意味着任意联合分布都是独立乘积。

例子与边界

两个一维 Borel Lebesgue 测度的乘积给出平面上的 Borel Lebesgue 测度;若要得到定义在全部 Lebesgue 可测集上的二维测度,还须完备化。即使两个因子测度已完备,其乘积也未必完备。取不可 Lebesgue 测的 N⊆[0,1],集合 {0}×N 位于二维零测集 {0}×[0,1] 中,却不在 L⊗L 内(L 表示一维 Lebesgue σ-代数),因为它在 x=0 处的截面是不可测的 N。

乘积 σ-代数一般不等于乘积集合的幂集。离开 σ-有限性,不能照搬这里的唯一性和积分交换结论。

在 [0,1]2 上,令 D={(x,y):0<y<x<1}。两边的 Lebesgue 测度都有限,且 D 是 Borel 集;对非负可测指示函数 1D 应用Tonelli 定理,得到它的乘积测度为

∫01∫0xdydx=12.

对角线 {(x,x):x∈[0,1]} 的二维测度为零,尽管其每个投影都是整个区间;低维投影很大不代表乘积体积很大。

推论与应用

测度与 σ-代数经笛卡尔积形成联合空间,Tonelli 定理和Fubini 定理随后允许按坐标积分。独立随机变量的联合分布等于边缘分布的乘积测度;固定边缘后,其他联合分布构成不同的耦合,不能因为底层空间是乘积就误判为独立。

iid 统计模型的 n 样本实验写为 Pθ⊗n,联合似然因乘积结构分解为单观测密度乘积。相关或自适应数据通常需要条件分布分解,不能把边缘密度直接相乘。删失本身未必破坏样本之间的独立性:独立个体经过逐个观测变换后仍可独立,但每个个体的似然贡献必须按观测机制重新计算。

固定某个单观测分布 D 后,m 个 IID 观测的联合分布写作 Dm,也就是有限次乘积测度;IID 样本页在此基础上组织 S∼Dm 与样本坐标;经验测度则把一次观测结果转成经验平均,不重复乘积测度的扩张构造。

参考资料
关系图谱102 个相邻概念 · 3 类关系

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