滲流與統計力學

哈里斯-FKG 不等式(the Harris-FKG inequality)

/ FKG = Fortuin-Kasteleyn-Ginibre /

滲流事件以一種特定且有益的方向相關:讓更多邊開放會同時助益每個單調遞增的連通事件,因此兩個這類事件傾向同時發生。哈里斯-FKG 不等式是此正相關的精確陳述,也是本主題中最常用的工具。正是它讓我們能說「原點往兩個不同方向連到遠處的機率,至少是兩個分別機率的乘積」——一個令人驚訝地總指向同一方向的相關界。

若加入開放邊只會讓你仍留在事件 A 中(形式上,A 在把閉邊翻為開邊下封閉),則稱 A 為遞增事件;例子有「x 連到 y」、「存在跨越方盒的開放路徑」、「|C| >= k」。哈里斯(1960)證明、福爾廷-卡斯特萊恩-吉尼布雷(Fortuin-Kasteleyn-Ginibre,1971)推廣:對乘積測度(更一般地,任何密度滿足 FKG 格條件/為對數超模的測度),任兩個遞增事件 A 與 B 滿足 P(A 交 B) >= P(A) P(B)。等價地,組態的任兩個遞增函數 f、g 正相關:E[f g] >= E[f] E[g]。對乘積測度最乾淨的看法是對座標歸納加上柴比雪夫求和不等式:在固定除一條邊外的所有邊後,該單一伯努利變數的兩個遞增函數正相關,再逐步推廣。藉變號,兩個遞減事件亦正相關,而一個遞增與一個遞減事件則負相關。

FKG 是下界的主力:平方根技巧(若方盒在某方向被跨越,由對稱性與 FKG,每個特定跨越的機率至少為 1 減某個根)、把跨越黏合成迴路、以及由局部連接建構無限叢集,皆依賴它。它也驅動隨機叢集模型,其中 FK 測度正是為滿足 FKG 格條件而建構。關鍵告誡是單調性:FKG 只比較同一單調型的事件。對一個遞增與一個遞減事件,你得到相反(負)的相關;而對確實非單調的事件,FKG 一無所言——這個缺口正是 BK 不等式與更精細工具接手之處。

令 A = {原點連到方盒右邊} 而 B = {原點連到上邊}。兩者皆遞增,故 FKG 給出 P(A 且 B) >= P(A)P(B):向上連與向右連正相關,因為相同的開放邊對兩者都有助益。這正是用來給跨越機率下界的「平方根技巧」背後的引擎。

被相同開放邊助益的兩個遞增連通事件正相關。

FKG 只關聯同一單調性的事件。一個遞增與一個遞減事件負相關,而對非單調事件 FKG 沉默——常見錯誤是把它套用到「A 發生而 B 不發生」。

又称
FKG inequalitypositive associationHarris inequalityFKG 不等式正相關哈里斯不等式