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多重遍历平均 / 原文精读
第三单元(续):核心元组的计数与振幅插值
本篇展开 D §6.6,原文 pp.57–58,式 (6.23)–(6.24)。对应的源论证为 H 的 2026-10-05 版 §9,尤其 Proposition 9.2(pp.87–88)与 Proposition 9.3(pp.89–90)。
前篇处理两个侧函数的位置。本篇处理至少三个核心位置:一个区间中可能出现很多代表元组,逐个元组取小于一的幂会丢掉计数的节省。因此先保留每组的完整计数,再在深度、组、振幅与频率之间依次求和。
H §§9.1–9.2 的标量核计算在这里作为输入。Lemma 9.1 的有限组合证明另见稀疏尺度上的有限计数。下文写明这些结果的陈述与适用条件,并完整展开 D 改变函数后需要核对的条件、由稀疏质量到幂计数的推导,以及后面的插值求和。
1. 固定哪些数据,计数什么
固定一条保留路径上的点 x∗、一组 G、一个上层高度、各位置的类型、频率参数 (μ,ν,Λ) 与四个振幅区间 σj。这里
0<μ≤1≤ν,Λ≥1
均取二进值;四个位置都是核心时令 Λ=1。
深度 s 的路径区间记为 Is,长度为 rs,倒尺度记为 Rs=rs−1。代表标签 a 对应的实数是
γa=ωa(x∗).
同一个标签在不同深度始终使用这个数值。
令 NsG 为在上述固定数据下通过原文频率测试的核心代表标签元组数。一个元组在同一深度至多计一次。这里测试的是实际标量计算留下的元组,不能换成“所有频率大致相近的元组”。
核心位置 j 的标签集合记为 AjG,定义
MjG=∣AjG∣.
若有一个侧位置 l,定义
MlG=σl−2s:G 在 Is 使用∑∥Sl,G,s∥2,Is2,M′=0≤j≤3maxMjG.(Role-count)
归一化局部范数为
∥f∥2,I2=∣I∣−1∫I∣f∣2.
没有非零计数的组可以省去。其余组满足 M′≥1;侧位置有非零使用时,后面的 Fourier 窗口大小至少为 σl,Parseval 也给出这一结论。
2. 标量计算给出的量及其来源
2.1 共同高度、完整分量与误差
H §9.1 对一个核心元组抽取共同高度,取首次使全部核心位置成功的高度。失败记录只按位置分配,成功与失败条件都选取最小 CURRENT 分量中的完整核心部分和;这些分量中还可能含有侧模式。不能根据一个分量内部某个 Fourier 模式的大小重新剪切核心部分和。
设核心位置数为 m0∈{3,4},此前 n 次失败中有 nj 次分配给位置 j。原文的核心大小 σFj 与环面函数大小 aj′ 满足
aj′≤CσFj,E(aj′)2≤C(2δ∗)njσFj2.
用确定上界把二阶矩升至 m0 阶矩,再用 Hölder,
Ej∏aj′≤Cm0(2δ∗)n/m0j∏σFj.
长度 n 的失败位置记录最多有 m0n 种,故只要固定的 δ∗ 足够小,
n≥0∑m0n(2δ∗)n/m0<∞.
这是失败记录没有再产生一个随深度增长的因子的原因。
标量近似、Fourier 尾部及被舍去的小量在取幂之前按绝对值估计,其总和为 O(e−k∣R∣)。这一误差不会被改成 p 次幂后重新累加。
2.2 频率测试的具体形状
沿用 H 的水平频率向量与高度尺度,记
ξ=ϑfreq/Lh−Δ,U0=D∗250.
这里 ϑfreq 是频率向量,与后文插值所用的小标量 ϑ 无关。实际保留的频率范围为
U0−1≤μ≤1≤ν,Λ≤CU0.
本篇最后可以把这些有限范围扩大后求和。
四核心时令
Q=j=0∑3γj,T=j=0∑3jγj.
在完整有限平移范围中选择参考向量 n,m,使
q′=Q+n⋅ξ,t′=T+m⋅ξ
处于原文允许的中等频率范围。参考选择按一个固定规则进行,不依赖后来抽取的失败记录或分量选择。参数满足
μ≍min(1,0≤j≤3minRs∣t′−jq′∣),ν≍max(1,Rs∣q′∣,Rs∣t′∣).(Four-test)
三核心、侧位置为 l 时,令
Q=j=l∑γj,Tl=j=l∑(j−l)γj.
选取允许的 m,以
β=rs(Tl+m⋅ξ),μ≍min(1,∣β∣),ν≍max(1,∣β∣)(Three-test)
分组。过小的非零参数与没有中等频率参考的情况已经归入绝对误差。
侧函数使用当前区间上的实际 Sl,G,s。加入一个新抽取的平移截断并去掉其固定二次相位,得到 S′,且
∥S′∥2,Is≤∥Sl,G,s∥2,Is.
对应窗口大小为
bΛ2=Eρlk′∈Z:∣k′+rs(Q+n⋅ξ)∣≤2Λ对某个允许的 n∑∣S′Is(k′)∣2.(Side-window)
平移向量 n 在完整 Fourier 范围中取值;该窗口不随失败记录改变。同一格上测试不同元组时使用同一个新平移 ρl。侧位置的 σl 是 bΛ 所属的二进振幅区间。
2.3 本篇使用的标量输入
H §9.2 的结论是:除去上述绝对误差后,固定数据的区间贡献由
CLμν−LΛ−L(j=0∏3σj)NsG(Cell-core)
控制,L 可取任意足够大的固定整数。
其中 μ 来自核的消失边缘,ν−L 来自光滑核的远频率衰减;三核心的 Λ−L 来自侧函数 Fourier 窗口之间的配对衰减。四核心的配对使用环面上的四因子 L2 估计;三核心则使用其对偶形式与 Parseval。它们需要 H 构造中保留的完整频率平移范围、纯平移间隙及高度余量。式 (Cell-core) 在这里是准确指定的输入,不能只从普通的代表分离推出。
3. 有限稀疏计数引理的完整陈述
H Lemma 9.1(pp.81–87)使用如下有限数据。
有四个位置 0,1,2,3,其中三或四个为核心,集合为 J。给定
M,L≥1,d≥0,B≥1,0<μ≤1≤ν,
每个核心位置有有限实数标签集 Ai,∣Ai∣≤M,同一位置的标签到实数的对应为单射。给定 ζ∈Rd。
在有限多个不同整数 s 上取
Rs=R02s,Es⊆i∈J∏Ai,Ns=∣Es∣.
假设:
(1)两个不同核心位置的标签至多确定一个完整核心元组,而且这对标签出现的尺度数至多为 L。 (2)若有侧位置 l,存在 ws≥0,满足 ∑sws≤M,且深度 s 中包含任一固定核心标签的元组数至多为 ws。 (3)同一核心位置的不同标签 a,a′ 分别在尺度 s,t 出现时,对所有 ∣n∣∞≤Q 的整数向量,
∣a−a′+n⋅ζ∣>Σmax(Rs,Rt).(Separation)
(4)对每个三核心子集 T⊆J,设 l′ 为被排除的位置。每个尺度 s 的元组都有某个整数向量 ∣n∣∞≤B,使
μRs≤i∈T∑(i−l′)ai+36n⋅ζ≤νRs.(Annulus)
(5)每个有元组的尺度 s 上,对所有 ∣n∣∞≤Q,
∣n⋅ζ∣∈/[μRs/1000,1000νRs].(Pure-gap)
另要求
Q≥Cres(d+1)2B,Σ≥Cres(d+1)2ν.
则对 0<δ≤1,
s:Ns≤δM2∑Ns≤CℓL29δ1/2080M2,ℓ=1+log2(2+(d+1)2ν/μ).(Sparse-mass)
常数不依赖尺度数、标签数或具体实数频率。
下面使用这一结论,其四步路径与薄层覆盖证明已在上述扩展篇中展开。条件 (Annulus) 与 (Pure-gap) 是实质条件,不能由“两标签决定元组”代替。
4. D 改变函数后,哪些条件需要重新检查
4.1 两个核心标签决定其余标签
四核心时,若两元组共享位置 i,j 的标签,剩余位置为 a,b。相减其 Q,T 测试,未知差值满足一个近似的二元线性方程组,其系数矩阵为
(1a1b).
行列式为 b−a,绝对值属于 {1,2,3}。因此两个未知差值都落在一个由有限平移及 O(νmax(Rs,Rt)) 误差描述的范围。原分离条件的余量覆盖这些相减、除以整数及平移,迫使两个位置的标签分别相同。
三核心时,两个标签固定后,剩余标签由 Tl 的一个方程确定;系数为非零整数 j−l,绝对值至多三,同样由分离余量得到唯一性。
这里分离尺度取 max(Rs,Rt),所以比较不同深度时仍然有效。每个完整元组能通过测试的尺度数,则由 H 的高度分组结论控制:
L0≤PC(1+log(ν/μ))C.(Scale-count)
这一步使用频率环带测试,而非只使用标签唯一性。
4.2 核心与侧位置的配对计数
固定一个核心标签和一个尺度。若两个不同的三核心元组在式 (Side-window) 中的窗口重叠,其 Q 频率在有限平移后相差 O(ΛRs)。结合两个 Tl 方程,再次得到行列式绝对值至多三的二元方程组。由于原构造的分离量远大于允许的 ν,Λ,其余两标签必须相同。
因此不同元组的窗口不交。每个被计入的元组满足 bΛ≥σl。对同一个新平移先用 Parseval,再取期望,得到
#{包含此核心标签的元组}≤σl−2∥Sl,G,s∥2,Is2=:ws.(Incidence)
对尺度求和正好给出 ∑sws=MlG。
这一计算只能用当前格的实际侧函数。不同块中冻结的旧系数可以毫无关系,不能把它们当作同一个 Fourier 系数列使用。
4.3 频率间隙的继承
应用有限引理时,H 取
ζ=ξ/36,M=M′,L=L0.
式 (Four-test) 与 (Three-test) 给出三核心子集的环带测试。为核对有限引理中两个数值条件,原文使用
ζ=36ξ=6Δ−2Lhϑfreq,Bh′=D∗5Eh−Δ,
Qres=⌊Eh/6Δ−2⌋,Σ=Ξ/2,Ξ=D∗1000,B=CBh′.(Count-reserves)
这里 Qres 对应有限引理的 Q。Eh,Lh 是原高度构造中的平移范围与分母尺度;上述等式使用 Lh/Lh−Δ=6Δ。H 对高度参数 A0 的选择给出
Qres≥Cres(d+1)2B.
又因为 ν≤CD∗250,水平维数受此前固定的界控制,且 Ξ=D∗1000,源分离参数保证
Σ≥Cres(d+1)2ν.
有限的环带常数可以通过把 μ 减小、ν 增大固定倍数吸收;上述余量仍成立。
纯平移间隙使用每个成功分量中至少一个非例外的主标签。代表标签本身可以是例外标签;需要的是同一成功分量内存在上述主标签。源有理高度界 H 覆盖式 (Count-reserves) 中全部纯水平平移。对它们,原频率二分法给出
∣n⋅ζ∣≤T−1/rvb或∣n⋅ζ∣≥T/rtb.
测试格的倒尺度位于 rvb−1 与 rtb−1 之间;结合 μ≥U0−1、ν≤CU0,源参数 T 的选择使第一种情况严格小于 μRs/1000,第二种严格大于 1000νRs。这就验证了 (Pure-gap)。
这些具体数值关系是从 H 构造继承的前提。本篇核对了它们如何对应有限引理的每个条件,并未重新证明整个模式图与高度构造。
至此,D 新函数影响的部分是固定代表值、各位置计数及实际侧函数的平方大小;其余频率测试与间隙按 H 的构造保留。
5. 先得到两个不同的计数界
对任意不同位置 i,j,上述配对计数给出
s∑NsG≤L0MiGMjG.(Count-one)
两位置均为核心时,这是标签对数乘尺度出现数;一核心一侧时,由式 (Incidence) 得到,乘上 L0≥1 仍成立。
有限稀疏质量引理给出某个绝对 c′>0,例如 c′=1/2080,使
s:NsG≤δ(M′)2∑NsG≤PC(1+ν+μ−1+Λ)Cδc′(M′)2.(Small-count-mass)
该系数已包含式 (Sparse-mass) 的维数、对数及 L0 成本。
由两个核心标签的唯一性,
NsG≤(M′)2.
取
p0=1−2c′∈(0,1).
在
2−h−1(M′)2<NsG≤2−h(M′)2
的尺度上,因为 p0−1<0,
(NsG)p0=NsG(NsG)−(1−p0)≤NsG((M′)22h+1)1−p0.
使用式 (Small-count-mass),再对 h≥0 求和,得到
s∑(NsG)p0≤CPC(1+ν+μ−1+Λ)C(M′)2p0h≥0∑2h(1−p0−c′)≤PC(1+ν+μ−1+Λ)C(M′)2p0.(Count-small-power)
这里 1−p0−c′=−c′/2<0。这就是 D (6.23) 的第二个估计。零计数尺度不贡献任何项。
6. 在两个计数估计之间插值
选择一个稍后确定的绝对小数 ϑ∈(0,1),定义
p=(1−ϑ)+ϑp0=1−ε,ε=ϑ(1−p0)>0.
Hölder 直接给出
s∑(NsG)p=s∑(NsG)1−ϑ((NsG)p0)ϑ≤(s∑NsG)1−ϑ(s∑(NsG)p0)ϑ≤(L0MiGMjG)1−ϑ[PC(1+ν+μ−1+Λ)C(M′)2p0]ϑ.(Interpolated-count)
NsG 始终作为整体留在幂内,没有展开为 NsG 个单位项。
7. 对组求和:为什么总次数大于一有用
前面的分量大小和顶部计数,以及侧函数的路径平方和,给出每个位置
G∑MiG≤CPCσi−2.(Role-total)
核心位置还有
G∑MiG≤D∗.(Core-cap)
原文对数增长条件保证随后出现的 logD∗ 可纳入允许的 P,k 多项式;这里不会把 D∗ 本身误当成 P 的小幂。
需要如下初等事实。若 miG≥0、βi≥0,且
B=i∑βi≥1,
则
G∑i∏(miG)βi≤i∏(G∑miG)βi.(Group-sum)
证明:省去零指数位置。若某个所需总和为零,两边都为零;否则令
aiG=miG/G∑miG,G∑aiG=1.
Hölder 的指数为 B/βi,于是
G∑i∏(aiG)βi≤i∏(G∑(aiG)B)βi/B≤1,
最后一步用 0≤aiG≤1 与 B≥1。
式 (Interpolated-count) 中把 M′=maxiMiG 按达到最大值的位置分成至多四种情况。各项的总次数为
2(1−ϑ)+2ϑp0=2p.
稍后取 p>2/3,因此 2p>1,可以使用式 (Group-sum)。
8. 振幅的三个比值与一个共同缩放
暂按大小把四个位置重编号为 1,2,3,4,令
σ1≥σ2≥σ3≥σ4.
这一编号仅表示振幅次序,不改变原遍历平均中的位置。使用式 (Interpolated-count) 的配对 1,2。由于至多有一个侧位置,这两个位置中至少一个是核心。
由式 (Role-total),来自 M′2ϑp0 的最坏振幅成本可用
σ4−4ϑp0
控制。核心配对位置还可使用式 (Core-cap),给出一个
min(1,D∗σi2)1−ϑ
因子。若该核心位置为 i=2,因 σ2≤σ1,仍可上界为用 σ1 的同一因子。常数及 P 的幂统一纳入 PC。
再乘式 (Cell-core) 的振幅 p 次幂,得到
PCmin(1,D∗σ12)1−ϑσ1p−2(1−ϑ)σ2p−2(1−ϑ)σ3pσ4p−4ϑp0.(Amplitude)
记四个指数为 e1,e2,e3,e4。代入 p=1−ϑ+ϑp0,直接计算
e1+e2+e3+e4=0,
并且
e1e1+e2e1+e2+e3=−1+ϑ(1+p0),=−2+2ϑ(1+p0),=−1+ϑ(1+3p0).(Partial-exponents)
固定足够小的 ϑ,这三个数都严格为负。
令
gj=log2(σj/σj+1)∈Z≥0,j=1,2,3.
总指数为零意味着
i=1∏4σiei=2g1e1+g2(e1+e2)+g3(e1+e2+e3).
所以对每个振幅间隙 gj 都得到收敛的几何级数。
剩下四个振幅同时乘同一二进因子的自由度。保留格上的上界为 σ1≤PC。当
σ1<D∗−1/2
时,式 (Amplitude) 的前因子为
(D∗σ12)1−ϑ,
随着 σ1 二进减小而几何衰减;在 D∗−1/2≤σ1≤PC 之间只有
O(1+logD∗+logP)
个二进振幅。于是共同缩放的成本仅为允许的对数多项式。最后加上至多 24 种振幅次序即可。
9. 频率参数的求和与选择顺序
式 (Count-one) 的频率损失只是 1+log(ν/μ) 的固定幂。第二个计数经过插值后,损失至多为
μ−CϑνCϑΛCϑ.
核系数的 p 次幂为
μpν−LpΛ−Lp.
因此先把绝对数 ϑ 取小,使
p>2/3,p−Cϑ>0
以及式 (Partial-exponents) 的三个严格负号同时成立;再选一个足够大的固定整数 L,使
Lp−Cϑ>0.
这时
μ=2−a,a≥0∑ν=2b,b≥0∑Λ=2c,c≥0∑μp−Cϑν−Lp+CϑΛ−Lp+Cϑ(1+log(ν/μ))C<∞.
固定的对数幂被严格几何衰减控制。将实际有限频率范围扩展为以上无穷范围只会增加上界。
高度、类型、位置模式与保留搜索叶的数目纳入 P 的固定幂。由此得到每条保留路径上
G,s其余配置∑[CLμν−LΛ−L(j∏σj)NsG]p≤CqPC4.(Path-power)
p0,ϑ,ε,C4 都可以在选择 q 接近二的程度之前固定。
10. 回到原区间的最低值
令 CI 为原格中上述主项的绝对值之和。先取原格的最低值,再用 0<p<1 的次可加性:
min(η,CI)≤η1−pCIp≤ηε组及配置∑(该组与配置在 I 的完整主项)p.(Cell-minimum)
这里可以对组和配置拆和,但每项内部的 NsG 必须保留。若提前按单个标签元组拆成单位贡献,式 (Count-small-power) 提供的节省就消失了。
对于非负格数据 FI,有限求和与积分满足精确恒等式
I⊆R∑∣I∣FI=∫RI∋x∗∑FIdx∗.
将式 (Path-power) 代入即得
I 保留∑∣I∣min(η,核心主项的绝对和)≤CqηεPC4∣R∣.
加回此前按绝对值单独控制的误差,得到 D (6.24):
CqηεPC4∣R∣+O(e−k∣R∣),1−ε>2/3.(Core-bound)
原文范围与尚待展开的部分
- D pp.57–58:实际函数改变后仍能使用核心计数的三项检查,式 (6.23) 与式 (6.24)。
- H §§9.1–9.2,pp.78–81:共同高度、完整分量选择、环面核计算及实际侧函数窗口;本篇列出所用结论,未完整重证环面近似与全部 Fourier 误差。
- H Lemma 9.1,2026-10-05 版 pp.81–87:本篇列明完整假设;组合证明已由扩展篇展开并单独审读。D 应用所需的源频率间隙及高度分组仍有各自前提。
- H Proposition 9.2,pp.87–88:配对唯一性、实际侧函数 Parseval、由稀疏质量得到 p0 次幂计数。
- H Proposition 9.3,pp.89–90:本篇完整展开的跨组不等式、振幅间隙求和、频率求和与原格最低值。
下一篇合并三类位置组合,处理重新开始的原区间分配,并说明为什么 H 与 D 必须选用同一个 q>2。只有这些参数选择完成后,局部估计才与原树深度无关。