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定理Theorem

多数最稳定定理

Majority is stablest theorem

在均匀输入、固定均值和所有坐标影响足够小时,以高斯半空间给出噪声稳定性的渐近最优上界。

形式陈述 ​

固定 0<ρ<1、均值 μ∈(−1,1) 与误差 η>0。存在 τ=τ(ρ,μ,η)>0,使任意维数上的布尔函数 f:{−1,1}n→{−1,1} 若满足

Ef=μ,maxiInfi(f)≤τ,

则 Stabρ(f)≤Γρ(μ)+η。输入均匀,稳定性采用逐坐标相关定义。

这里 (G,H) 是边缘均为 N(0,1)、相关系数为 ρ 的联合正态对,选阈值 t 使 Pr(G≤t)=(1+μ)/2,令 gt(z)=1 当 z≤t、其余为 −1,并定义 Γρ(μ)=E[gt(G)gt(H)]。

平衡情形 μ=0 尤其简单:

Stabρ(f)≤2πarcsin⁡ρ+η.

量词顺序是先给相关强度与允许误差,再要求各影响小到某阈值;不是对任意低于某个随意常数的影响都取 η=0。

直觉

大规模多数把每一票的权重分散到许多人,归一化总票数趋近 Gaussian。固定通过比例时,阈值规则在高斯空间对应半空间;高斯噪声稳定性极值定理说,半空间最能保留相关。

布尔函数只要没有强势单一坐标,就能通过不变性原理与这个高斯极值比较。因此“多数最稳定”描述低影响函数族的渐近最优性,不是每个有限人数的多数都逐一压过其他规则。

证明如何连接两个空间 ​

先对 f 轻微加噪声,使高阶 Fourier 质量快速衰减,再截断到有限次数。低影响不变性原理允许将剩余多项式的输入换成 Gaussian,同时控制平滑统计的误差。

Gaussian 上应用 Borell 的固定均值稳定性上界,最优对象为半空间。随后控制截断、平滑和取值范围修正的误差,转回原函数。这三段分别解释了非负相关、低影响及误差余量为何出现在定理条件中。

例子与边界

ρ=1/2 时的可比较数值 ​

平衡高斯界为 (2/π)arcsin⁡(1/2)=1/3。奇数位多数在人数趋大时稳定性趋近 1/3,且单坐标影响约为 2/(πn)→0,所以达到定理的渐近界。

三位多数却有 Stab1/2=3/8+1/32=13/32≈0.40625,高于 1/3。这不矛盾,因为它每位影响为 1/2,未必满足给定小误差对应的低影响阈值。

独裁者 f=x1 的稳定性为 ρ=1/2,更高;但其最大影响为一,明确被条件排除。常量函数稳定性为一,则又不满足平衡均值。这两个例子说明低影响与固定均值都不可省略。

负相关需要另看 ​

本页不把同一最大化结论延伸到 ρ<0。此时奇偶层的符号交替,稳定性的比较方向与极值问题都会变化。ρ=0 时稳定性仅为 μ2,ρ=1 时布尔函数稳定性恒为一,两个端点本身已退化为直接计算。

推论与应用

在投票模型中,这给出一个精确的设计问题:固定赞成率,并限制任何单一选民的影响,怎样让随机翻票后结果尽量稳定。定理回答的是均匀独立投票模型下的极限问题;现实相关投票或不同票权需另外建模。

在复杂性论证中,同一结构用来比较独裁函数和低影响函数的测试通过率。作为应用工具时,要保留其误差参数和量词,不能把渐近极值直接当成有限实例的无误上界。

参考资料
关系图谱12 个相邻概念 · 2 类关系

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