有界利普希茨度量
/ LIP-shits /
Levy-Prokhorov 度量度量弱收斂但藉由對集合取下確界這個彆扭方式定義;Wasserstein-1 度量是對利普希茨函數取上確界的乾淨形式,但當質量逃向無窮時會爆掉(它看得見尾部)。有界利普希茨(或杜德利)度量是兩全其美的折衷:像 Wasserstein-1 一樣乾淨的對偶範數公式,但用「有界」利普希茨測試函數,故它保持有限並恰好度量整個 P(S) 上的弱收斂。
在度量空間 (S, d) 上,函數 f 的有界利普希茨範數為 ||f||_BL = ||f||_infinity + Lip(f),其中 ||f||_infinity 是上確界範數、Lip(f) 是最小利普希茨常數。機率測度之間的有界利普希茨距離為 d_BL(mu, nu) = sup { integral f dmu - integral f dnu : ||f||_BL <= 1 }。因為測試函數既有界又利普希茨,無窮遠處逃逸的質量被抑制(有界性封頂其貢獻),而局部差異仍被感知(利普希茨部分)。基本定理:在可分度量空間上,d_BL 度量弱收斂拓樸,d_BL(mu_n, mu) -> 0 當且僅當 mu_n => mu。此外 d_BL 與 Levy-Prokhorov 度量拓樸等價,甚至滿足明確的雙邊界(各自被對方的某次方控制)。
它的實用優點是真實的。對偶公式對求導友善且易於估計,所以 d_BL 是許多定量弱收斂結果、Stein 方法對常態距離界、以及經驗過程與機器學習設定(積分機率度量的觀點推廣了它)的首選度量。相較 W_1,它從不發散,因為有界利普希茨函數的單位球包含於以 1 為界的函數中;相較 Levy-Prokhorov,它對函數取上確界的形式更容易手算界定。簡言之,它是恰好度量弱收斂的最方便度量。
對逃逸例子 nu_n = (1-1/n) delta_0 + (1/n) delta_n,任何 ||f||_BL <= 1 的有界利普希茨 f 都有 |f| <= 1,故 |integral f dnu_n - f(0)| <= (1/n)|f(n) - f(0)| <= (1/n)*2 -> 0。因此 d_BL(nu_n, delta_0) -> 0,正確地登錄弱收斂,而 W_1 卻停在 1。有界性馴服了逃逸的質量。
測試函數的有界性使 d_BL 忽略遠處質量,故它度量弱收斂而 W_1 不然。
去掉有界性就得到 W_1,它不再度量整個 P(S) 上的弱收斂(它加上一階動差收斂)。兩者只在均勻可積族上一致;有界利普希茨中的「有界」部分起著本質作用。