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具有相关条目高斯随机矩阵的谱边缘

概率论 2025-02-10 v2 数学物理 组合数学 math.MP 统计理论 统计理论

摘要

我们研究了高斯随机对称矩阵 XnX_n 的最大特征值,其条目均值为零、方差为一,并满足条件 sup(i,j)(i,j)E[XijXij]=O(n(1+ε))\sup_{(i, j) \ne (i', j')}|\mathbb{E}[X_{ij} X_{i'j'}]| = O(n^{-(1 + \varepsilon)}),其中 ε>0\varepsilon > 0。根据 Catalano 等人 (2024) 的结果,n1/2Xnn^{-1/2} X_n 的经验谱分布几乎必然收敛于标准半圆律。我们利用 F"uredi-Komlós 型高阶矩方法证明了 n1/2Xnn^{-1/2} X_n 的最大特征值 λ1(n1/2Xn)\lambda_1(n^{-1/2} X_n) 几乎必然收敛于 2。这一结果本质上是最优的,因为当 ε=0\varepsilon = 0 时,几乎必然收敛于 2 的结论不再成立。我们还研究了当条目具有共同非零均值时最大特征值的波动情况。设 Yn=Xn+λn11Y_n = X_n + \frac{\lambda}{\sqrt{n}} \mathbf{1} \mathbf{1}^\top。当 ε1\varepsilon \ge 1λn1/4\lambda \gg n^{1/4} 时,我们证明 n1/2(λ1(n1/2Yn)λ1λ)d2Zn^{1/2}\big(\lambda_1(n^{-1/2} Y_n) - \lambda - \frac{1}{\lambda}\big) \xrightarrow{d} \sqrt{2} Z,其中 ZZ 是标准正态随机变量。另一方面,当 0<ε<10 < \varepsilon < 1 时,我们有 Var(1ni,jXij)=O(n1ε)\mathrm{Var}(\frac{1}{n}\sum_{i,j} X_{ij}) = O(n^{1 - \varepsilon})。假设 Var(1ni,jXij)=σ2n1ε(1+o(1))\mathrm{Var}(\frac{1}{n}\sum_{i,j} X_{ij}) = \sigma^2 n^{1 - \varepsilon} (1 + o(1)),若 λnε/4\lambda \gg n^{\varepsilon/4},则 nε/2(λ1(n1/2Yn)λ1λ)dσZn^{\varepsilon/2}\big(\lambda_1(n^{-1/2} Y_n) - \lambda - \frac{1}{\lambda}\big) \xrightarrow{d} \sigma Z。这些波动结果中 λ\lambda 的取值范围并非最优,但一个显著的特点是,在 0<ε<10 < \varepsilon < 1ε1\varepsilon \ge 1 两种情况下,需要不同的缩放因子。

关键词

引用

@article{arxiv.2409.11381,
  title  = {Edge spectra of Gaussian random symmetric matrices with correlated entries},
  author = {Debapratim Banerjee and Soumendu Sundar Mukherjee and Dipranjan Pal},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2409.11381},
  year   = {2025}
}

备注

27 pages, 2 figures; abstract shortened to meet arXiv requirements