格点分支随机游动剖面的 Edgeworth 展开
概率论
2016-06-14 v2
摘要
考虑离散时间下 Z \mathbb Z Z 上的分支随机游动。记 L n ( k ) L_n(k) L n ( k ) 为时刻 n ∈ N 0 n\in\mathbb N_0 n ∈ N 0 位于位点 k ∈ Z k\in\mathbb Z k ∈ Z 的粒子数。我们将函数 k ↦ L n ( k ) k\mapsto L_n(k) k ↦ L n ( k ) 称为该分支随机游动(在时刻 n n n )的剖面。我们建立了当 n → ∞ n\to\infty n → ∞ 时 L n ( k ) L_n(k) L n ( k ) 的如下渐近展开式:e − φ ( 0 ) n L n ( k ) = e − 1 2 x n 2 ( k ) 2 π φ ′ ′ ( 0 ) n ∑ j = 0 r F j ( x n ( k ) ) n j / 2 + o ( n − r + 1 2 ) a . s . , e^{-\varphi(0)n} L_n(k) = \frac{e^{-\frac 12 x_n^2(k)}}{\sqrt {2\pi \varphi''(0) n}} \sum_{j=0}^r \frac{F_j(x_n(k))}{n^{j/2}} + o\left(n^{-\frac{r+1}{2}}\right) \quad a.s., e − φ ( 0 ) n L n ( k ) = 2 π φ ′′ ( 0 ) n e − 2 1 x n 2 ( k ) j = 0 ∑ r n j /2 F j ( x n ( k )) + o ( n − 2 r + 1 ) a . s . , 其中 r ∈ N 0 r\in\mathbb N_0 r ∈ N 0 为任意值,φ ( β ) = log ∑ k ∈ Z e β k E L 1 ( k ) \varphi(\beta)=\log \sum_{k\in\mathbb Z} e^{\beta k} \mathbb E L_1(k) φ ( β ) = log ∑ k ∈ Z e β k E L 1 ( k ) 是分支随机游动强度的累积量生成函数,且 x n ( k ) = k − φ ′ ( 0 ) n φ ′ ′ ( 0 ) n . x_n(k) = \frac{k-\varphi'(0) n}{\sqrt{\varphi''(0)n}}. x n ( k ) = φ ′′ ( 0 ) n k − φ ′ ( 0 ) n . 该展开式在 k ∈ Z k\in\mathbb Z k ∈ Z 上一致成立,概率为 1,且 F j F_j F j 为多项式,其随机系数可通过 φ \varphi φ 的导数及 Biggins 鞅在 0 处的极限的导数来表示。利用指数倾斜(exponential tilting),我们还建立了更一般的展开式,覆盖了除极值外的整个分支随机游动范围。作为该展开式在 r = 0 , 1 , 2 r=0,1,2 r = 0 , 1 , 2 时的应用,我们以统一的方式恢复了许多已知结果,并建立了一些新的极限定理。特别地,我们研究了个体占据数 L n ( k n ) L_n(k_n) L n ( k n ) 的几乎必然(a.s.)行为,其中 k n ∈ Z k_n\in\mathbb Z k n ∈ Z 以某种正则方式依赖于 n n n 。我们还证明了关于剖面众数 arg max k ∈ Z L n ( k ) \arg \max_{k\in\mathbb Z} L_n(k) arg max k ∈ Z L n ( k ) 和高度 max k ∈ Z L n ( k ) \max_{k\in\mathbb Z} L_n(k) max k ∈ Z L n ( k ) 的几乎必然极限定理。这些量的渐近行为取决于漂移参数 φ ′ ( 0 ) \varphi'(0) φ ′ ( 0 ) 是整数、非整数有理数还是无理数。
引用
@article{arxiv.1503.04616,
title = {Edgeworth expansions for profiles of lattice branching random walks},
author = {Rudolf Grübel and Zakhar Kabluchko},
journal= {arXiv preprint arXiv:1503.04616},
year = {2016}
}
备注
34 pages, 5 figures