收斂模式與極限定理

幾乎必然收斂(almost sure convergence)

這是與這個詞日常含義相符的收斂模式。想像你把實驗執行一次,然後盯著它產生的那一整條無窮數列:對那單一結果 omega 而言的 X_1(omega), X_2(omega), X_3(omega), ...。幾乎必然收斂是說:這一條由普通數字組成的特定序列「真的」在通常的微積分意義下收斂——而且對於你幾乎所有可能抽到的結果,這件事都會發生。

精確地說:X_n 幾乎必然收斂到 X,指的是 P( 使得 X_n(omega) 趨近 X(omega) 的結果 omega 所成的集合 ) = 1。換句話說,「壞」結果的集合——那些序列無法安定下來的結果——機率為零。它不必是空集;它只需可忽略即可。那個「幾乎」二字確實在做事:允許一個機率為零的例外集(想想區間內的有理數——它們有無窮多個,卻不佔任何長度)。

這是常見模式中最強的一種(它蘊含依機率收斂,而依機率收斂又蘊含依分布收斂)。強大數法則正是用這種模式說話:均值有限的獨立同分布變數,其樣本平均幾乎必然收斂到真正的均值——挑定一個宇宙,在那個宇宙裡滾動平均真的歸向 mu 並停在那兒。它的證明通常倚賴博雷爾-坎特利引理,來證明壞事件只發生有限多次。

持續擲一枚公正硬幣,令 X_n 為正面的滾動比例。對於幾乎每一條無窮擲幣序列,路徑 X_1, X_2, ... 真的收斂到 0.5 並停在那兒。例外序列(比方永遠全是正面)存在,但機率為 0——這就是強大數法則。

一個結果,一條無窮數列——而它真的收斂,除了一個機率為零的集合之外都如此。

「幾乎」是關鍵:一個機率為零的結果集合可以不收斂,而這沒關係。幾乎必然收斂嚴格強於依機率收斂——後者成立時路徑仍可能永不安定。

又稱
convergence with probability 1convergence almost everywherea.s. convergence以機率 1 收斂幾乎處處收斂