測度論機率

Borel σ-代數(Borel sigma-algebra)

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一旦你接受並非實數線上的每個子集都能當事件,你就需要一個具體、標準的集合家族來工作——它要包含你真正在意的所有集合(區間、點,以及由它們建構出來的一切),卻又止步於病態的那些。實數線上的 Borel σ-代數正是這個家族。它是連續隨機變數的天然居所,而且幾乎任何你能用日常語言描述的集合,最後都會是 Borel 集。

它被定義為「包含所有開區間的最小 σ-代數」。所謂「包含某族集合的最小 σ-代數」意指:先把那些區間丟進去,再為了滿足 σ-代數的三條規則(取補與可數聯集)而被迫加入需要加入的東西,僅此而已。從 (a, b) 這樣的區間出發,並對這些運算封閉,你就生成出每個開集、每個閉集、每個單點、有理數集、半直線、區間的可數聯集,以及更多。你也可以從所有開集出發,或從所有半直線 (-infinity, x] 出發,得到同一個家族。Borel 集極為龐大,卻是全體子集的真子族:Vitali 集就不是 Borel 集。

為何恰選這個?因為它是「能讓每個連續函數(從而每個合理的隨機變數)都可測、同時仍排除不可測集」的最小家族。當你在實數線上以累積分布函數來定義一個機率時,你其實是在 Borel 集上定義一個測度。半直線 (-infinity, x] 是關鍵的建構磚:一個函數是 Borel 可測的,恰恰當每條這種半直線的原像都可測時成立——這正是為何分布可由 F(x) = P(X <= x) 完全釘定。

[0, 1] 中所有有理數所成的集合是 Borel 集:它是可數多個單點的聯集,而每個單點 {q} 是閉集、故為 Borel 集,因此聯集也是。它的勒貝格測度為 0,儘管有理數在這個區間中是稠密的。

由區間透過可數聯集與取補建構而成,Borel 集捕捉一切可描述的集合,同時排除奇異者。

Borel 集並非全部的可測集:完整的勒貝格 σ-代數要再大一點(它還包含每個零測度集的任意子集),但對機率論的絕大多數場合而言,Borel 集正是你所需要的。

又稱
Borel setsBorel fieldBorel 集