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定义Definition

标准 Borel 空间

Standard Borel space

保留 Polish 拓扑生成的可测结构;通过有理数、拓扑遗忘与完备化反例辨别标准 Borel 条件。

形式陈述 ​

可测空间 (X,A) 称为标准 Borel 空间,若存在 X 上的 Polish 拓扑 τ,使

A=B(τ)=σ(τ).

这里 σ(τ) 是由开集生成的σ-代数。等价地,(X,A) 与某个 Polish 空间的 Borel 子集所携带的迹 σ-代数 Borel 同构。[1, §§1,6]

Borel 同构是双射 f:X→Y,且 f 与 f−1 都是可测函数。要求逆映射可测,才能在两个方向搬运事件。对标准 Borel 空间之间的 Borel 双射,逆映射可测性自动成立;这是 Lusin–Souslin 定理的推论,不是任意可测空间都具有的性质。

直觉

拓扑说明哪些点彼此接近,可测结构只记录哪些集合是允许询问的事件。标准 Borel 空间允许遗忘前者,却保留一套来自良好拓扑的可数编码。它不指定概率测度,更不指定“几乎处处”的含义。

同一个可测结构可能由很不同的拓扑产生。不可数标准 Borel 空间彼此 Borel 同构,因而实线、Cantor 空间与 Baire 空间在这个层面无法区分;它们的连通性、紧性和维数当然仍可能不同。[2, Corollary 2.34]

例子与边界

有理数的拓扑不完备,可测空间仍标准 ​

给 Q 通常的相对拓扑。因为每个单点闭,且每个子集可数,任意子集都是可数个单点的并。因此

B(Q)=P(Q).

通常拓扑并非 Polish,但改用可数离散拓扑后,离散度量完备,Borel σ-代数仍是 P(Q)。所以 (Q,B(Q)) 是标准 Borel 空间。定义只要求存在某种实现这个可测结构的 Polish 拓扑,不要求原先给定的拓扑就实现完备性。

可测结构太少或太多都会出问题 ​

若 X 至少有两个点,而 A={∅,X},则该空间不是标准 Borel。Polish 空间的单点闭,Borel 集能分开不同点;平凡 σ-代数做不到。

另一方面,实线上的 Lebesgue σ-代数也不是标准 Borel 结构。它包含一个零测 Cantor 集的所有子集,故至少有 2c 个集合。Polish 空间有可数基,Borel 集通过可数编码至多有 c 个。把测度完备化加入的零集子集,不应悄悄当成仍属于原来的标准 Borel 结构。[1, §1]

一个可逐项检查的编码 ​

令 X=N×{0,1},取离散可测结构,定义 f(n,b)=2n+b。这是到 N 的双射,逆函数是商和余数;两边所有集合都可测,所以两方向都可测。这个简单例子展示“编码”要同时完成一一对应与事件可搬运,只有集合大小相同还不够。

推论与应用

标准 Borel 空间的可数乘积和 Borel 子空间仍标准 Borel;这让有限记录、可数时间轨迹以及满足 Borel 约束的参数集处于同一个可测框架。对于任意非 Borel 子集,不能直接沿用这个结论。

正则条件概率和测度分解常在标准 Borel 值域上成立。它们用概率核把条件分布随条件值可测地组织起来。条件对象依旧只在条件变量分布的几乎处处意义下唯一,标准 Borel 假设不会替你指定零概率条件上的唯一答案。

Borel 归约进一步要求编码保持某个等价关系。空间本身能相互 Borel 编码,不代表空间上任意分类问题同样容易;难度可能藏在等价类结构,而不在点集的大小里。

参考资料
关系图谱20 个相邻概念 · 2 类关系

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