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多重遍历平均 / 原文精读 / 多重混合依赖
第一章 从失败布局到零熵见证与有序数组
本章对应 R Proposition 2.1(pp.4–6)和 §3.1(pp.6–7)。原稿从任意概率空间上的最小失败阶取得有限字母零熵因子,再构造有序数组。下面展开过去尾的顺序替换、有限熵计算、标准因子编码和各层概率律的相容性。
固定原文,第4页起
1. 先保留真实时间,而非只保留一个联结
若并非所有有限阶混合性都成立,取最小失败阶 k ≥ 3 k\ge 3 k ≥ 3 。二阶由已知普通混合提供。按 k k k 阶混合性的否定,可固定集合 A 1 , … , A k A_{1},\ldots ,A_k A 1 , … , A k 、ε > 0 \varepsilon >0 ε > 0 和布局
0 = d 1 ( b ) < ⋯ < d k ( b ) , g ( b ) = min 1 ≤ i < k ( d i + 1 ( b ) − d i ( b ) ) ⟶ ∞ .
0=d_1(b)<\cdots<d_k(b),\quad g(b)=\min_{1\le i<k}\bigl(d_{i+1}(b)-d_i(b)\bigr)\longrightarrow\infty.
0 = d 1 ( b ) < ⋯ < d k ( b ) , g ( b ) = 1 ≤ i < k min ( d i + 1 ( b ) − d i ( b ) ) ⟶ ∞.
使其集合相关与均值乘积之差的绝对值至少 ε \varepsilon ε 。令 g i = 1 A i g_i=\mathbf1_{A_i} g i = 1 A i 。差值是实数,可取子列,使它的符号 σ ∈ { − 1 , 1 } \sigma\in\{-1,1\} σ ∈ { − 1 , 1 } 固定,即
σ [ ∫ ∏ i = 1 k g i ( T d i ( b ) ω ) d μ − ∏ i = 1 k ∫ g i d μ ] ≥ ε .
\sigma\left[\int\prod_{i=1}^k g_i(T^{d_i(b)}\omega)\,\mathrm{d}\mu-\prod_{i=1}^k\int g_i\,\mathrm{d}\mu\right]\ge\varepsilon.
σ [ ∫ i = 1 ∏ k g i ( T d i ( b ) ω ) d μ − i = 1 ∏ k ∫ g i d μ ] ≥ ε .
集合和函数始终固定,只有时间布局变化。每个 s < k s<k s < k 的混合性已成立;有限简单函数展开和 L 1 L^{1} L 1 乘积误差界使它对固定有界函数也成立。
这里的联结(joining)指保持各坐标边缘、并在共同时间作用下不变的联合概率律。不能先取任意真子坐标族都独立的联结,再声称所有非零相关必须进入某个零熵因子。一个具体边界例子是:U U U 、V V V 为两个独立的双边公平 ± 1 \pm1 ± 1 Bernoulli 过程,令 W n = U n V n W_n=U_nV_n W n = U n V n 。三对过程 U , V U,V U , V ;U , W U,W U , W ;V , W V,W V , W 都相互独立,但 U 0 V 0 W 0 = 1 U_{0}V_{0}W_{0}=1 U 0 V 0 W 0 = 1 恒成立,所以三元联结不是产品。
每个单独 Bernoulli 过程的过去尾是平凡的:尾事件与每个有限坐标柱集独立,再由单调类推广到整个过程 σ \sigma σ 域,因而与自身独立,概率只能为0或1。故三个过程在第0个坐标的符号对尾的条件期望为0。如果只凭这三元联结的真子坐标边缘独立就作尾替换,会把相关1错误地变成0。
该例不是 R 的反例。它说明归约必须额外使用真正的同一个系统内的时间分离。R 的下一步正是在取联结或数组极限以前,直接估计原始时间布局。
2. 原空间不标准,哪些东西仍可直接做
令 α \alpha α 为 A 1 , … , A k A_{1},\ldots ,A_k A 1 , … , A k 生成的有限分区,α i = T − i α \alpha _i=T^{-i}\alpha α i = T − i α 。只需考虑
Γ 0 = σ ( α i : i ∈ Z ) .
\Gamma_0=\sigma(\alpha_i:i\in\mathbb Z).
Γ 0 = σ ( α i : i ∈ Z ) .
及其概率完成化 Γ \Gamma Γ 。Γ 0 \Gamma _{0} Γ 0 可数生成;不声称完成化 Γ \Gamma Γ 在字面集合意义上仍可数生成。它们在模零集的测度代数意义下描述同一个可数因子。
如果需要具体观察这个因子,可将 ω \omega ω 编成它的完整 α \alpha α 名字序列:π α ( ω ) i \pi _\alpha (\omega)_i π α ( ω ) i 是 T i ω T^i\omega T i ω 所属的 α \alpha α 原子。该映射到有限字母的双边序列空间可测,且与可逆左移变换交换。这里不要求原空间同构于一个标准空间,也不在原空间上调用正则条件分布。
尾替换和熵计算仍可直接在 ( Ω , Γ , μ ) (\Omega ,\Gamma ,\mu ) ( Ω , Γ , μ ) 中做。所需条件期望、正向和反向鞅收敛在任意概率空间上成立,不要求原空间标准。
设所有下面的 σ \sigma σ 域都先完成化,定义
F − m = σ ( α i : i ≤ − m ) , C = ⋂ m ≥ 1 F − m .
\mathcal F_{-m}=\sigma(\alpha_i:i\le-m),\quad \mathcal C=\bigcap_{m\ge1}\mathcal F_{-m}.
F − m = σ ( α i : i ≤ − m ) , C = m ≥ 1 ⋂ F − m .
C \mathcal C C 是一个完成的子 σ \sigma σ 域;不需要把“完成化与无限交可交换”作为额外结论。我们按这一定义直接使用递减鞅。
由 α i = T − i α \alpha _i=T^{-i}\alpha α i = T − i α ,T T T 的拉回把这些过去 σ \sigma σ 域的截止位置平移1。可逆性使拉回与交相容;删去或添加有限个开头截止项不改变尾交。因此 C \mathcal C C 在 T T T 、T − 1 T^{-1} T − 1 下均不变,亦即任意整数平移的 C \mathcal C C -可测函数仍 C \mathcal C C -可测。
3. 按最晚时间往前替换:关键 L 1 L^{1} L 1 估计
令 g ˉ i = E [ g i ∣ C ] \bar g_i=\mathbb E[g_i|\mathcal C] g ˉ i = E [ g i ∣ C ] ,0 ≤ g ˉ i ≤ 1 0\le \bar g_i\le 1 0 ≤ g ˉ i ≤ 1 。按 i = k , k − 1 , … , 1 i=k,k-1,\ldots ,1 i = k , k − 1 , … , 1 的顺序,将 g i ∘ T d i ( b ) g_i\circ T^{d_i(b)} g i ∘ T d i ( b ) 替成 g ˉ i ∘ T d i ( b ) \bar g_i\circ T^{d_i(b)} g ˉ i ∘ T d i ( b ) 。
在替换第 i i i 项时,早于 i i i 的函数尚是原 g j g_j g j ,晚于 i i i 的函数已经是尾函数 g ˉ j \bar g_j g ˉ j 。用 T T T 保测且可逆,将当前时间 d i ( b ) d_i(b) d i ( b ) 平移到0。该步差值变成
∫ ( g i − g ˉ i ) ( ω ) H i , b ( ω ) d μ ,
\int(g_i-\bar g_i)(\omega)H_{i,b}(\omega)\,\mathrm{d}\mu,
∫ ( g i − g ˉ i ) ( ω ) H i , b ( ω ) d μ ,
其中
H i , b = ∏ j < i g j ∘ T d j ( b ) − d i ( b ) ⋅ ∏ j > i g ˉ j ∘ T d j ( b ) − d i ( b ) .
H_{i,b}=\prod_{j<i}g_j\circ T^{d_j(b)-d_i(b)}\cdot\prod_{j>i}\bar g_j\circ T^{d_j(b)-d_i(b)}.
H i , b = j < i ∏ g j ∘ T d j ( b ) − d i ( b ) ⋅ j > i ∏ g ˉ j ∘ T d j ( b ) − d i ( b ) .
对 j < i j<i j < i ,d j − d i ≤ − g ( b ) d_j-d_i\le -g(b) d j − d i ≤ − g ( b ) ,而 g j g_j g j 是 α 0 \alpha _{0} α 0 -可测,所以这一因子 F − g ( b ) \mathcal F_{-g(b)} F − g ( b ) -可测。对 j > i j>i j > i ,尾 C \mathcal C C 的双向不变性使该因子仍 C \mathcal C C -可测,也就 F − g ( b ) \mathcal F_{-g(b)} F − g ( b ) -可测。因此 H i , b H_{i,b} H i , b 是 F − g ( b ) \mathcal F_{-g(b)} F − g ( b ) -可测,且 ∣ H i , b ∣ ≤ 1 |H_{i,b}|\le 1 ∣ H i , b ∣ ≤ 1 。
条件期望遂给出
∣ ∫ ( g i − g ˉ i ) H i , b d μ ∣ = ∣ ∫ [ E ( g i ∣ F − g ( b ) ) − E ( g i ∣ C ) ] H i , b d μ ∣ ≤ ∥ E ( g i ∣ F − g ( b ) ) − E ( g i ∣ C ) ∥ 1 ⟶ 0.
\begin{aligned}\left|\int(g_i-\bar g_i)H_{i,b}\,\mathrm{d}\mu\right|&=\left|\int\left[\mathbb E(g_i\mid\mathcal F_{-g(b)})-\mathbb E(g_i\mid\mathcal C)\right]H_{i,b}\,\mathrm{d}\mu\right|\\&\le\left\|\mathbb E(g_i\mid\mathcal F_{-g(b)})-\mathbb E(g_i\mid\mathcal C)\right\|_1\longrightarrow0.\end{aligned}
∫ ( g i − g ˉ i ) H i , b d μ = ∫ [ E ( g i ∣ F − g ( b ) ) − E ( g i ∣ C ) ] H i , b d μ ≤ E ( g i ∣ F − g ( b ) ) − E ( g i ∣ C ) 1 ⟶ 0.
最后一步是反向鞅收敛,因为 F − m ↓ C \mathcal F_{-m}\downarrow \mathcal C F − m ↓ C 且 g i g_i g i 可积。
H i , b H_{i,b} H i , b 可以随 b b b 变化;此估计对全部范数不超过 1 1 1 、F − g ( b ) \mathcal F_{-g(b)} F − g ( b ) -可测的测试统一,所以不需要对 H i , b H_{i,b} H i , b 作额外收敛假设,也不需要一个对变化函数统一的混合速率。这正是保留真实布局的作用。
替换 i = 1 i=1 i = 1 时,其余因子已经全在 C \mathcal C C 内,实际上其误差直接为零;同一上界也足够。有限 k k k 步相加,总误差趋零。条件期望保均值,因此尾函数的乘积相关与均值乘积之间仍保留固定符号的非零差值。
反向替换顺序有实质作用。如果先替较早项、同时保留未来原函数,那么其余乘积通常不在远过去 σ \sigma σ 域中,上述条件期望等式没有依据。
4. 为什么每个有限尾分区的熵率为零
这里不先援引 Pinsker 定理,也不需要证明 C \mathcal C C 等于整个 Pinsker σ \sigma σ 域。R 自行证明的准确结论是:对任意有限 C \mathcal C C -可测分区 β \beta β ,字母熵率 h ( β ) = 0 h(\beta )=0 h ( β ) = 0 。
4.1 有限分区的过去条件熵公式
对任意有限分区 γ \gamma γ ,γ i = T − i γ \gamma _i=T^{-i}\gamma γ i = T − i γ 。平稳性及熵链式法则给出
H ( γ 1 , … , γ n ) = ∑ j = 0 n − 1 H ( γ 0 ∣ γ − j , … , γ − 1 ) .
H(\gamma_1,\ldots,\gamma_n)=\sum_{j=0}^{n-1}H(\gamma_0\mid\gamma_{-j},\ldots,\gamma_{-1}).
H ( γ 1 , … , γ n ) = j = 0 ∑ n − 1 H ( γ 0 ∣ γ − j , … , γ − 1 ) .
右边条件熵的序列递减。对有限个 γ \gamma γ 原子的条件概率应用递增鞅收敛,再用有限概率单纯形上 Shannon 熵函数的有界连续性,得其极限
H ( γ 0 ∣ σ ( γ i : i < 0 ) ) .
H\bigl(\gamma_0\mid\sigma(\gamma_i:i<0)\bigr).
H ( γ 0 ∣ σ ( γ i : i < 0 ) ) .
对右边作 Cesàro 平均,就得到熵率存在及原文式(2):
h ( γ ) = lim n → ∞ 1 n H ( γ 1 , … , γ n ) = H ( γ 0 ∣ σ ( γ i : i < 0 ) ) . (2)
h(\gamma)=\lim_{n\to\infty}\frac1n H(\gamma_1,\ldots,\gamma_n)=H\bigl(\gamma_0\mid\sigma(\gamma_i:i<0)\bigr).\tag{2}
h ( γ ) = n → ∞ lim n 1 H ( γ 1 , … , γ n ) = H ( γ 0 ∣ σ ( γ i : i < 0 ) ) . ( 2 )
所用熵均为有限分区的 Shannon 熵,约定 0 log 0 = 0 0\log0=0 0 log 0 = 0 ,最大值至多 log ∣ γ ∣ \log|\gamma| log ∣ γ ∣ 。不存在无穷熵相减。
4.2 β \beta β 不增加 α \alpha α 的总熵率
β \beta β 是有限 Γ \Gamma Γ -可测分区。有限双边 α \alpha α 字母窗口 的 σ \sigma σ 域递增生成 Γ 0 \Gamma _{0} Γ 0 ,完成化只改变零集,故各 β \beta β 原子的条件概率趋于其指标函数。因此对任意 ε ′ > 0 \varepsilon' >0 ε ′ > 0 ,可以固定 M M M ,使
H ( β 0 ∣ α − M , … , α M ) < ε ′ .
H(\beta_0\mid\alpha_{-M},\ldots,\alpha_M)<\varepsilon'.
H ( β 0 ∣ α − M , … , α M ) < ε ′ .
平稳性使同一不等式在每个平移 i i i 都成立。于是
H ( ( α ∨ β ) 1 , … , ( α ∨ β ) n ) ≤ H ( α 1 − M , … , α n + M , β 1 , … , β n ) ≤ H ( α 1 − M , … , α n + M ) + ∑ i = 1 n H ( β i ∣ α i − M , … , α i + M ) ≤ H ( α 1 − M , … , α n + M ) + n ε ′ .
\begin{aligned}H\bigl((\alpha\vee\beta)_1,\ldots,(\alpha\vee\beta)_n\bigr)&\le H(\alpha_{1-M},\ldots,\alpha_{n+M},\beta_1,\ldots,\beta_n)\\&\le H(\alpha_{1-M},\ldots,\alpha_{n+M})+\sum_{i=1}^n H(\beta_i\mid\alpha_{i-M},\ldots,\alpha_{i+M})\\&\le H(\alpha_{1-M},\ldots,\alpha_{n+M})+n\varepsilon'.\end{aligned}
H ( ( α ∨ β ) 1 , … , ( α ∨ β ) n ) ≤ H ( α 1 − M , … , α n + M , β 1 , … , β n ) ≤ H ( α 1 − M , … , α n + M ) + i = 1 ∑ n H ( β i ∣ α i − M , … , α i + M ) ≤ H ( α 1 − M , … , α n + M ) + n ε ′ .
M M M 在 n → ∞ n\to \infty n → ∞ 以前固定。除以 n n n ,首项的极限仍 h ( α ) h(\alpha ) h ( α ) ,所以 h ( α ∨ β ) ≤ h ( α ) + ε ′ h(\alpha \vee \beta )\le h(\alpha )+\varepsilon' h ( α ∨ β ) ≤ h ( α ) + ε ′ 。反向不等式来自分区细化。令 ε ′ ↓ 0 \varepsilon' \downarrow 0 ε ′ ↓ 0 得
h ( α ∨ β ) = h ( α ) .
h(\alpha\vee\beta)=h(\alpha).
h ( α ∨ β ) = h ( α ) .
4.3 β \beta β 自身的熵又必须算在同一总熵率里
β \beta β 的每个整数平移都属于不变尾 C \mathcal C C 。对任意时刻 i i i ,C \mathcal C C 包含于 α \alpha α 的完整过去 σ ( α j : j < i ) \sigma (\alpha _j:j<i) σ ( α j : j < i ) 。因此
σ ( α 1 , … , α i − 1 , β 1 , … , β n ) ⊆ σ ( α j : j < i ) .
\sigma(\alpha_1,\ldots,\alpha_{i-1},\beta_1,\ldots,\beta_n)\subseteq\sigma(\alpha_j:j<i).
σ ( α 1 , … , α i − 1 , β 1 , … , β n ) ⊆ σ ( α j : j < i ) .
虽然 β 1 , … , β n \beta _{1},\ldots ,\beta _n β 1 , … , β n 中含有表面上的“未来时间”,作为尾可测分区,它们仍属于每个固定 i i i 以前的完整 α \alpha α 过去。这是下面不等式方向的理由。
条件化的信息越多,条件熵越小,所以
H ( α 1 , … , α n ∣ β 1 , … , β n ) = ∑ i = 1 n H ( α i ∣ α 1 , … , α i − 1 , β 1 , … , β n ) ≥ ∑ i = 1 n H ( α i ∣ σ ( α j : j < i ) ) = n h ( α ) .
\begin{aligned}H(\alpha_1,\ldots,\alpha_n\mid\beta_1,\ldots,\beta_n)&=\sum_{i=1}^n H(\alpha_i\mid\alpha_1,\ldots,\alpha_{i-1},\beta_1,\ldots,\beta_n)\\&\ge\sum_{i=1}^n H\bigl(\alpha_i\mid\sigma(\alpha_j:j<i)\bigr)=n h(\alpha).\end{aligned}
H ( α 1 , … , α n ∣ β 1 , … , β n ) = i = 1 ∑ n H ( α i ∣ α 1 , … , α i − 1 , β 1 , … , β n ) ≥ i = 1 ∑ n H ( α i ∣ σ ( α j : j < i ) ) = nh ( α ) .
结合联合熵链式分解,
H ( ( α ∨ β ) 1 , … , ( α ∨ β ) n ) = H ( β 1 , … , β n ) + H ( α 1 , … , α n ∣ β 1 , … , β n ) ≥ H ( β 1 , … , β n ) + n h ( α ) .
\begin{aligned}H\bigl((\alpha\vee\beta)_1,\ldots,(\alpha\vee\beta)_n\bigr)&=H(\beta_1,\ldots,\beta_n)+H(\alpha_1,\ldots,\alpha_n\mid\beta_1,\ldots,\beta_n)\\&\ge H(\beta_1,\ldots,\beta_n)+n h(\alpha).\end{aligned}
H ( ( α ∨ β ) 1 , … , ( α ∨ β ) n ) = H ( β 1 , … , β n ) + H ( α 1 , … , α n ∣ β 1 , … , β n ) ≥ H ( β 1 , … , β n ) + nh ( α ) .
取熵率,h ( α ∨ β ) ≥ h ( β ) + h ( α ) h(\alpha \vee \beta )\ge h(\beta )+h(\alpha ) h ( α ∨ β ) ≥ h ( β ) + h ( α ) 。前一节已有等号 h ( α ∨ β ) = h ( α ) h(\alpha \vee \beta )=h(\alpha ) h ( α ∨ β ) = h ( α ) ,故 h ( β ) = 0 h(\beta )=0 h ( β ) = 0 。
这只使用有限分区、过去尾包含和熵链式法则;没有从某个联结的真子坐标边缘独立推导此结论。
5. 只选保住见证的有限分区,不编码整个尾因子
固定各 g ˉ i \bar g_i g ˉ i 的有限值、C \mathcal C C -可测逼近 h i h_i h i ,值域在 [ 0 , 1 ] [0,1] [ 0 , 1 ] 中;例如取细网格向下量化。它们在选择以后不随布局 b b b 变化。
对两套模长不超过 1 1 1 的函数 a i , b i a_i,b_i a i , b i ,乘积望远镜展开给出
∣ ∫ ∏ i a i ∘ T d i d μ − ∫ ∏ i b i ∘ T d i d μ ∣ ≤ ∑ i ∥ a i − b i ∥ 1 .
\left|\int\prod_i a_i\circ T^{d_i}\,\mathrm{d}\mu-\int\prod_i b_i\circ T^{d_i}\,\mathrm{d}\mu\right|\le\sum_i\|a_i-b_i\|_1.
∫ i ∏ a i ∘ T d i d μ − ∫ i ∏ b i ∘ T d i d μ ≤ i ∑ ∥ a i − b i ∥ 1 .
这个界对全部整数布局统一。均值乘积的差也有同样的上界。因此替换 g ˉ i \bar g_i g ˉ i 为 h i h_i h i 对相关差值的影响至多 2 ∑ i ∥ h i − g ˉ i ∥ 1 2\sum _i\|h_i-\bar g_i\|_{1} 2 ∑ i ∥ h i − g ˉ i ∥ 1 。
可明确依次选参数:先丢掉有限布局,使尾函数的有符号差值至少 ε / 2 \varepsilon /2 ε /2 ;再固定 ∑ i ∥ h i − g ˉ i ∥ 1 ≤ ε / 8 \sum _i\|h_i-\bar g_i\|_{1}\le \varepsilon /8 ∑ i ∥ h i − g ˉ i ∥ 1 ≤ ε /8 ,则 h i h_i h i 的有符号差值至少 ε / 4 \varepsilon /4 ε /4 。这个逼近选择不依赖 b b b 。
令 β \beta β 为所有 h i h_i h i 的共同有限分区。由第4节,h ( β ) = 0 h(\beta )=0 h ( β ) = 0 。我们没有要求 β \beta β 生成整个 C \mathcal C C ;只需 β \beta β 足够分辨这有限个见证函数。因而不需要调用 Krieger 有限生成元定理,也不需要其额外假设。
完成化下的 β \beta β 原子可以选择在 Γ 0 \Gamma _{0} Γ 0 中的代表,修正成真正互不相交、并为全空间的有限分区;每个原子只变零集。这里仅使用与原 C \mathcal C C -可测原子的几乎处处相等,不声称修改后的代表属于某个未完成的尾 σ \sigma σ 域。取这些零集的全部整数平移之并,仍为零集。因此原相关、熵、均值及后续名字读取都不受影响。这样 β \beta β 名字序列可以用原始可测代表来定义,不需向非标准原空间要求正则条件核。
将 β \beta β 的原子作为有限字母表 A \mathcal A A 。定义名字映射,令 π β ( ω ) n \pi _\beta (\omega)_n π β ( ω ) n 表示 T n ω T^{n}\omega T n ω 所属的 β \beta β 原子,n ∈ Z n\in \mathbb Z n ∈ Z 。
这是到 X = A Z X=\mathcal A^{\mathbb Z} X = A Z 的可测映射,与左移变换 T X T_X T X 交换;推前 μ X \mu _X μ X 使左移变换保概率。X X X 是紧可度量的标准 Borel 空间,其概率完成化给出标准概率系统。左移变换本身可逆且双可测。
每个 h i h_i h i 变成 X X X 上只读第0个字母的有限值函数。在零测字母上可任取仍在 [ 0 , 1 ] [0,1] [ 0 , 1 ] 中的值。字母块分布与 β \beta β 名字块分布一致,所以
H μ X ( x 1 , … , x n ) = H μ ( β 1 , … , β n ) .
H_{\mu_X}(x_1,\ldots,x_n)=H_\mu(\beta_1,\ldots,\beta_n).
H μ X ( x 1 , … , x n ) = H μ ( β 1 , … , β n ) .
其归一化极限为0。对任意 Borel 集合及其时间平移,通过 π β \pi _\beta π β 拉回原系统即可证明:所有已知 s < k s<k s < k 阶的混合均传到 X X X 。完成化后再由零集代表延拓。这里不需要先证明原空间标准。
6. 中心化为什么只留下完整 k k k 点差值
令 m i = ∫ h i d μ X m_i=\int h_i \,\mathrm{d}\mu _X m i = ∫ h i d μ X ,f i = h i − m i f_i=h_i-m_i f i = h i − m i 。它们为实、中心化、有限值单坐标函数,并满足 ∥ f i ∥ ∞ ≤ 1 \|f_i\|_{\infty }\le 1 ∥ f i ∥ ∞ ≤ 1 。
令 I = { 1 , … , k } I=\{1,\ldots,k\} I = { 1 , … , k } 。展开中心化乘积,
∫ ∏ i ∈ I ( h i ∘ T X d i − m i ) d μ X = ∑ S ⊆ I ( − 1 ) k − ∣ S ∣ ( ∏ j ∉ S m j ) ∫ ∏ i ∈ S h i ∘ T X d i d μ X .
\begin{aligned}\int\prod_{i\in I}\bigl(h_i\circ T_X^{d_i}-m_i\bigr)\,\mathrm{d}\mu_X=\sum_{S\subseteq I}(-1)^{k-|S|}\left(\prod_{j\notin S}m_j\right)\int\prod_{i\in S}h_i\circ T_X^{d_i}\,\mathrm{d}\mu_X.\end{aligned}
∫ i ∈ I ∏ ( h i ∘ T X d i − m i ) d μ X = S ⊆ I ∑ ( − 1 ) k − ∣ S ∣ j ∈ / S ∏ m j ∫ i ∈ S ∏ h i ∘ T X d i d μ X .
若 S ⊊ I S\subsetneq I S ⊊ I ,其大小小于 k k k ,所继承子布局的相邻间隔至少原来的最小间隔。因此其积分趋于 ∏ i ∈ S m i \prod _{i\in S}m_i ∏ i ∈ S m i ;空集项按1处理。把全部真子集 S S S 的常数项相加,利用 ( 1 − 1 ) k = 0 (1-1)^k=0 ( 1 − 1 ) k = 0 ,得到
∫ ∏ i = 1 k f i ∘ T X d i ( b ) d μ X = [ ∫ ∏ i = 1 k h i ∘ T X d i ( b ) d μ X − ∏ i = 1 k m i ] + o ( 1 ) .
\int\prod_{i=1}^k f_i\circ T_X^{d_i(b)}\,\mathrm{d}\mu_X=\left[\int\prod_{i=1}^k h_i\circ T_X^{d_i(b)}\,\mathrm{d}\mu_X-\prod_{i=1}^k m_i\right]+o(1).
∫ i = 1 ∏ k f i ∘ T X d i ( b ) d μ X = [ ∫ i = 1 ∏ k h i ∘ T X d i ( b ) d μ X − i = 1 ∏ k m i ] + o ( 1 ) .
函数及子集数有限,故这里的 o ( 1 ) o(1) o ( 1 ) 可同时处理。再丢掉有限布局,使其有符号值至少 ε / 8 \varepsilon /8 ε /8 ;把 f 1 f_{1} f 1 乘原固定符号 σ \sigma σ ,令 δ = ε / 8 \delta =\varepsilon /8 δ = ε /8 ,重新编号布局,就得到对每个 b b b 都成立的
∫ X ∏ i = 1 k f i ( T X d i ( b ) x ) d μ X ≥ δ > 0. (1)
\int_X\prod_{i=1}^k f_i(T_X^{d_i(b)}x)\,\mathrm{d}\mu_X\ge\delta>0.\tag{1}
∫ X i = 1 ∏ k f i ( T X d i ( b ) x ) d μ X ≥ δ > 0. ( 1 )
至此 Proposition 2.1 的全部明示输出均已逐项得到:标准有限字母双边过程、字母熵率零、每个小于 k k k 阶混合、固定中心化的有限值单坐标函数,以及每个布局上的统一正相关。
7. §3.1 的有序数组怎样确实定义出概率
固定上述 X X X 、布局和函数,I = { 1 , … , k } I=\{1,\ldots,k\} I = { 1 , … , k } 。将 I 0 I^{0} I 0 视为单点,并设 ρ 0 = μ X \rho _{0}=\mu _X ρ 0 = μ X 。
选择一个自由超滤子 U \mathcal U U ,作用于同一个布局指标集合 N \mathbb N N 。对每个固定 n ≥ 1 n\ge 1 n ≥ 1 、b 1 , … , b n b_{1},\ldots ,b_n b 1 , … , b n ,先取 X I n X^{I^n} X I n 上的实际概率律
Law ( ( T X ∑ ℓ = 1 n d j ℓ ( b ℓ ) x ) ( j 1 , … , j n ) ∈ I n ) , x ∼ μ X .
\operatorname{Law}\left(\left(T_X^{\sum_{\ell=1}^n d_{j_\ell}(b_\ell)}x\right)_{(j_1,\ldots,j_n)\in I^n}\right),\quad x\sim\mu_X.
Law ( ( T X ∑ ℓ = 1 n d j ℓ ( b ℓ ) x ) ( j 1 , … , j n ) ∈ I n ) , x ∼ μ X .
按照 b n b_n b n 最先、b n − 1 b_{n-1} b n − 1 其次、一直到 b 1 b_{1} b 1 的顺序取逐次超极限。所有层使用同一个 U \mathcal U U 和同一布局资料。
这里不能对任意可测集合的概率直接取超极限,就未经证明地宣称极限可数可加。R 正确地只先在字母柱集概率上定义。
对任意有限个字母坐标和赋值,其概率在 [ 0 , 1 ] [0,1] [ 0 , 1 ] 内,逐次超极限存在。非负、有限归一化以及删去坐标的相容关系,都由有限和的连续性保留。这给出可数个有限字母坐标上的相容有限维分布,因此由概率扩张定理产生唯一的概率 ρ n \rho _n ρ n 。
这里也可直接看可数可加性为何安全:X I n X^{I^n} X I n 是有限字母可数积,紧可度量;柱集代数中的集合均为既开又闭的紧集。若柱集代数中一列递减集合的交为空,紧性使某一项已经为空。因此上述有限可加极限在该代数上具有“从上到空集连续性”,是预测度;Carathéodory 扩张给出 Borel 概率。这个论证避免把超极限一般地误当作与可数求和交换。
有界标量 超极限与有限加法、有限乘法相容;自由性还保证它同普通收敛的极限一致。这些是下文真正使用的超滤子性质,不涉及交换两层极限。
8. 每一条数组性质分别怎么保留
8.1 共同时间不变性
每个有限布局律在全部格子同时作用 T X T_X T X 下不变,因为所有时间都是同一个 T X T_X T X 的整数次幂,而 μ X \mu _X μ X 保 T X T_X T X 。对柱集取极限后仍相等,再由柱集确定概率,ρ n \rho _n ρ n 保共同时间不变。
这只是一条时间变换的对角作用。数组指标不是额外的时间生成元,也没有得到各格子可以独立平移的结论。
8.2 任意一条轴固定以后为什么都是 ρ n − 1 \rho _{n-1} ρ n − 1
固定第 ℓ \ell ℓ 条轴的位置 j ℓ = a j_\ell =a j ℓ = a 。所有剩余格子的时间中都多出同一个 d a ( b ℓ ) d_a(b_\ell ) d a ( b ℓ ) 。在取任何极限前,用 μ X \mu _X μ X 不变性将该共同平移删除。所得有限布局律不再依赖 b ℓ b_\ell b ℓ ,只留下其它 n − 1 n-1 n − 1 条轴的同一公式。
现在按原次序取逐次超极限。一个已经不出现的 b ℓ b_\ell b ℓ 极限可以直接删除;其余指标保持原来的相对先后次序,恰好是 ρ n − 1 \rho _{n-1} ρ n − 1 的定义。没有把两层极限交换。
因此固定任意轴、任意位置都得到同一个下层边缘。全部层数可数,且这些恒等式由同一有限布局公式取得,不是在各层任意挑选不相容的极限。
8.3 真子族末轴平面的联合独立
固定 J ⊊ I J\subsetneq I J ⊊ I ,s = ∣ J ∣ ≤ k − 1 s=|J|\le k-1 s = ∣ J ∣ ≤ k − 1 。对每个末轴平面 j ∈ J j\in J j ∈ J ,取一个只依赖有限字母坐标的有界测试函数 Φ j \Phi_j Φ j ;它可以观察该整张 ( n − 1 ) (n-1) ( n − 1 ) 维平面中有限多个字母读数。
先固定 b 1 , … , b n − 1 b_{1},\ldots ,b_{n-1} b 1 , … , b n − 1 。定义
H j b 1 , … , b n − 1 ( x ) = Φ j ( ( T X ∑ ℓ < n d v ℓ ( b ℓ ) x ) v ∈ I n − 1 ) .
H_j^{b_1,\ldots,b_{n-1}}(x)=\Phi_j\left(\left(T_X^{\sum_{\ell<n}d_{v_\ell}(b_\ell)}x\right)_{v\in I^{n-1}}\right).
H j b 1 , … , b n − 1 ( x ) = Φ j ( ( T X ∑ ℓ < n d v ℓ ( b ℓ ) x ) v ∈ I n − 1 ) .
对即将趋于无穷的 b n b_n b n ,这些都是固定有界函数。第 j j j 个末轴平面只再加时间 d j ( b n ) d_j(b_n) d j ( b n ) ,因此整个乘积积分为
∫ ∏ j ∈ J H j b 1 , … , b n − 1 ( T X d j ( b n ) x ) d μ X .
\int\prod_{j\in J}H_j^{b_1,\ldots,b_{n-1}}(T_X^{d_j(b_n)}x)\,\mathrm{d}\mu_X.
∫ j ∈ J ∏ H j b 1 , … , b n − 1 ( T X d j ( b n ) x ) d μ X .
由已知 s s s 阶混合,先让 b n → ∞ b_n\to \infty b n → ∞ ,它趋于
∏ j ∈ J ∫ H j b 1 , … , b n − 1 d μ X .
\prod_{j\in J}\int H_j^{b_1,\ldots,b_{n-1}}\,\mathrm{d}\mu_X.
j ∈ J ∏ ∫ H j b 1 , … , b n − 1 d μ X .
s = 1 s=1 s = 1 时仅是保测恒等式,无需混合。所取子布局的所有间隔仍趋于无穷。注意阈值可以依赖已经固定的 b 1 , … , b n − 1 b_{1},\ldots ,b_{n-1} b 1 , … , b n − 1 ;这里没有需要统一的界。
随后按指定次序取其余超极限。超极限的有限乘法性使上面的乘积仍分解;每个因子恰是 ρ n − 1 \rho _{n-1} ρ n − 1 下的 Φ j \Phi _j Φ j 积分。所以
∫ ∏ j ∈ J Φ j ( ( x v ) v n = j ) d ρ n = ∏ j ∈ J ∫ Φ j d ρ n − 1 .
\int\prod_{j\in J}\Phi_j\bigl((x_v)_{v_n=j}\bigr)\,\mathrm{d}\rho_n=\prod_{j\in J}\int\Phi_j\,\mathrm{d}\rho_{n-1}.
∫ j ∈ J ∏ Φ j ( ( x v ) v n = j ) d ρ n = j ∈ J ∏ ∫ Φ j d ρ n − 1 .
平面上的字母柱集生成其完整 Borel σ \sigma σ 域,有限乘积测试再用单调类延拓,得到这些完整平面的联合分布为产品。结论是任意至多 k − 1 k-1 k − 1 个末轴平面共同独立,不只是两两独立。
8.4 见证相关仍在第1层
第1层的测试 ∏ i f i ( x i ) \prod_i f_i(x_i) ∏ i f i ( x i ) 只读有限个字母,因为 f i f_i f i 是只读第0个字母的有限值函数。故其 ρ 1 \rho _{1} ρ 1 积分就是原始相关的超极限。每个原始相关都≥ δ \ge \delta ≥ δ ,因此
∫ ∏ i = 1 k f i ( x i ) d ρ 1 ≥ δ . (3)
\int\prod_{i=1}^k f_i(x_i)\,\mathrm{d}\rho_1\ge\delta.\tag{3}
∫ i = 1 ∏ k f i ( x i ) d ρ 1 ≥ δ . ( 3 )
没有在这里把“对柱集/连续函数的弱极限”错误升级成对任意有界可测测试的极限交换。
9. 有序极限不提供轴置换对称
有限布局公式在同时重标记轴与 b b b 指标时有形式上的对称,但逐次极限的顺序并不因此可交换。最简单的标量例子是 1 { b 1 < b 2 } \mathbf1_{\{b_1<b_2\}} 1 { b 1 < b 2 } :先让 b 2 b_{2} b 2 趋于无穷,结果为1;先让 b 1 b_{1} b 1 趋于无穷,结果为0。这一差异对任何自由超滤子都成立,因为有关序列最终为常数。
因此任意轴的面相容性,不意味着完整 ρ n \rho _n ρ n 在轴置换下不变。第8.3节的混合必须作用于最内层、最先取极限的 b n b_n b n ;此时其它参数已固定。不能把该推导未经改写地搬到任意其它轴。
这就是下游 §3.2–§3.5 仍需做饱和扩张和条件局部性的原因。初始数组只先保证末轴方向的真子族产品律。
10. 初始对象与所用经典工具的范围
现在取 Y = X Y=X Y = X 、局部 X X X 因子为恒等映射、参数 U U U 为单点,并令 m n = ρ n m_n=\rho _n m n = ρ n 。共同时间不变性、任意轴面相容性与真子族末轴联合独立均已核出。参数恒定时,完整参数条件产品律就是无条件产品律;局部 X X X 与参数独立也自动成立。因此它确实满足 Definition 3.1,给后续饱和构造提供了一个合法起点。
本段使用的经典输入及条件如下:
条件期望与反向鞅收敛:在同一个概率空间上,g i ∈ L 1 g_i\in L^{1} g i ∈ L 1 ,F − m \mathcal F_{-m} F − m 递减至已定义的完成尾 C \mathcal C C ,结论为 L 1 L^{1} L 1 收敛。无需原空间标准。
递增鞅收敛:有限原子的条件概率,以及有限双边 α \alpha α 字母窗口 生成的 σ \sigma σ 域,用于过去条件熵公式和 β \beta β 的条件熵逼近。
有限分区的熵链式法则与条件熵单调性:所有熵有限,极限使用有限单纯形上熵函数的有界连续性。零熵归约的两道熵率不等式由 R 自身写出,本文逐项展开。
简单函数/有限量化逼近、产品望远镜界及因子拉回:用于对固定有界函数的混合结论、固定有限值近似与混合传递;不需要新动力学结构定理。
自由超滤子的存在及有界标量 极限的有限代数规则;可数有限字母坐标上的概率扩张(或上文给出的紧柱集预测度论证)。仅用于非构造地固定相容数组律。
R 文末在这里提及 Ryzhikov、Thouvenot 与 de la Rue,作为 Pinsker 归约的历史先例;本篇证明不以未展开的这些文献定理作缺失桥梁。尤其不需要证明 C \mathcal C C 是最大零熵因子,也未调用有限生成元定理。历史归属的具体原文与本文所需的数学输入应分开判断。
返回 B 的独立性保持 返回 A 的最小支撑论证