無窮可分分布(infinitely divisible distribution)
n 個獨立同分布隨機變數適當縮放後的和,是機率論的經典對象——但有哪些分布能同時對「每一個 n」都恰好是某個和的分布?若對每個整數 n >= 1,都存在一個機率律 mu_n,使得實數線上的分布 mu 等於 mu_n 的 n 重摺積 mu_n * mu_n * ... * mu_n,則稱 mu 為無窮可分。等價地說,律為 mu 的隨機變數 X,對每個 n 都可寫成 n 個獨立同分布片段之和 X = Y_1 + ... + Y_n。這正好是由平穩獨立增量過程在固定時刻所能呈現的分布類,因此無窮可分性是通往李維過程(Lévy process)的分布入口。
以特徵函數 phi(theta) = E[e^(i theta X)] 表述,無窮可分意味著對每個 n 都有 phi = (phi_n)^n,且 phi_n 本身仍是某個特徵函數。決定性的結構事實是李維-辛欽公式:mu 無窮可分若且唯若 phi(theta) = e^(psi(theta)),其中 psi(theta) = i b theta - (1/2) sigma^2 theta^2 + 對 R\{0} 積分 (e^(i theta x) - 1 - i theta x 1_{|x|<1}) nu(dx),這裡 b 為實數、sigma^2 >= 0,且李維測度 nu 滿足 min(1, x^2) 對 nu(dx) 的積分有限。因此每個無窮可分律都是「漂移 + 高斯部分 + 跳躍部分」,且這三個成分唯一。
常態、卜瓦松、伽瑪、柯西、所有穩定律、複合卜瓦松律與逆高斯律皆無窮可分;而均勻分布與二項分布則不是(有界非常數的律不能無限細分,二項分布的原子也無法拆開)。一個常見誤解是把無窮可分當成尾部或動差條件——它不是;它是摺積代數上的條件,無窮可分的律可以有很重的尾(柯西)或具備所有動差(常態)。
N(m, s^2) 律無窮可分:它等於 N(m/n, s^2/n) 的 n 重摺積。卜瓦松(lambda) 律等於卜瓦松(lambda/n) 的 n 重摺積。但公平硬幣的伯努利(1/2) 律則不是:若它是兩個獨立同分布片段之和,每片至多取兩值,將迫使結果為有三個原子的二項分布,產生矛盾。
常態與卜瓦松可永遠細分;伯努利不行。
一維邊際分布的無窮可分性,是該律能作為某李維過程在時刻 1 的分布之充分必要條件;但它本身對路徑性質一無所言——路徑性質要透過李維測度經由李維-伊藤分解才得出。