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定理Theorem

KKL 影响定理

KKL theorem

在均匀立方体上,以方差和维数约束最大坐标影响,并用 tribes 展示对数因子的必要尺度。

形式陈述 ​

存在绝对常数 c>0,对所有 n≥2 及 f:{−1,1}n→{−1,1},在均匀输入下都有

maxiInfi(f)≥cVar(f)log⁡nn.

影响与方差按Fourier–Walsh 页的约定计算。常数与 f,n 无关;log 换底只改变常数。若 f 常值,方差为零,结论自然平凡。

这比从 I(f)≥Var(f) 与平均值直接得到的 maxiInfi(f)≥Var(f)/n 多出一个对数因子。它只保证存在一个坐标,并不说每个坐标都有这个影响。

直觉

一个输出确实有波动的布尔规则,不可能让所有坐标都以比 log⁡n/n 更小的概率起作用。变量可以分散权力,但布尔值约束与高阶矩控制限制了这种分散的程度。

证明中超压缩做了什么 ​

常值函数已由零方差处理;以下假定 f 非常值,令 m=maxiInfi(f)>0。离散导数 Dif=(f(x)−f(x⊕i))/2 只取 0,±1。在超压缩不等式中取 p=3/2,q=2,ρ=1/2,得到

‖T1/2Dif‖22≤‖Dif‖3/22=Infi(f)4/3.

对 i 求和,并把频谱分到次数 d 以下与以上,便有

Var(f)≤2dm1/3I(f)+I(f)d+1.

低阶项至少被一个导数计到,且其噪声权重 2−|S|≥2−d;高阶项则由总影响中的 |S|≥d+1 支付。

若 m≤2−6,取 d=⌊log2⁡(1/m)/6⌋,两项合起来至多为 CI(f)/log⁡(e/m)。若 m>2−6,同一形式由 Var(f)≤I(f) 并调大绝对常数得到。因此

Var(f)≤CI(f)log⁡(e/m).

最后用 I(f)≤nm。当 m<n−1/2 时,分母至少含 12log⁡n;当 m≥n−1/2 时,利用 Var(f)≤1 与 log⁡n=O(n),也得到定理所需下界。这说明对数增益来自导数的稀疏值域,而不是简单平均。

例子与边界

多数与 tribes 的差异 ​

奇数 n 的多数中,第 i 票仅在其他 n−1 票打平时关键,故

Infi(Majn)=2−(n−1)(n−1(n−1)/2)≍n−1/2.

这比 KKL 的 log⁡n/n 大,说明多数不是使最大影响最小的例子。

把 n=mw 个变量分成 m 组,每组 w 位。tribes 在至少一组全为 1 时输出 1,否则输出 −1。其输出 −1 的概率为 (1−2−w)m;取 m≈(log⁡2)2w,函数近似平衡。某位关键,当且仅当本组其他位全为 1,且其他组都不全为 1,所以

Infi=2−(w−1)(1−2−w)m−1≍2−w≍log⁡nn.

这说明 KKL 的对数尺度在一般情形下不能提高到多数的 n−1/2。

分布和量词的边界 ​

取独裁者 f=x1,其影响为 (1,0,…,0);KKL 不会要求无关坐标也有影响。取高度偏向常数的函数,则方差因子变小,定理相应允许更小影响。

偏置输入需要偏置版本的影响与常数,不能保留当前均匀结论而只替换样本分布。增加不相关变量也只会让右边下界变弱,并不迫使函数使用它们。

推论与应用

若函数对坐标具有传递对称性,各坐标影响相同,则 KKL 给 I(f)≥cVar(f)log⁡n。这把对称性与阈值跃迁联系起来,但要讨论随偏置改变的阈值宽度,还需配套偏置影响与微分公式。

参考资料
关系图谱6 个相邻概念 · 2 类关系

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