Изменения

|authorabout=Локальная лемма Ловаса

Предположим, что нашлись такие числа <tex>x_i \in (0, 1)</tex>, что для всех <tex>i</tex> выполняется неравенство <tex>pP(A_i) \leq x_i\prod_{j \in M(i)}(1-x_j)</tex>. Тогда <tex>pP(\bigcap \bar{A_i}) \geq \prod(1-x_i)</tex> - в частности, с положительной вероятностью ни одно из событий <tex>A_i</tex> не происходит|proof=pukДокажем более сильное утверждение: если <tex>I = I_1 \sqcup I_2</tex>, где $I_1, I_2$ - множестваиндексов, то <br><tex>\begin{equation}P \left( \bigcap\limits_{i \in I} \bar{A_i} \right) \geq P \left( \bigcap\limits_{i \in I_2} \bar{A_i} \right) \cdot \prod\limits_{j \in I_1}(1-x_j)\end{equation}</tex><br>Для пустого $I_2$ получаем требуемое. Докажем индукцией по <tex>|I|</tex>. Если <tex>|I| = 1</tex>, то при <tex>I_2 = I, I_1 = \emptyset</tex> имеет место равенство, а при <tex>I_1 = I, I_2 = \emptyset</tex> имеем <tex>P(\bar{A_i}) = 1 - P(A_i) \geq 1 - x_i</tex>. Теперь предположим, что для всех множеств индексов мощности меньше <tex>|I|</tex> и любых их подразбиений на два подмножества неравенство имеет место. Докажем его для $I$. Рассмотрим сначала случай <tex>|I_1| = 1, I_1 = \{ k \}</tex>. Обозначим <tex>P(\bigcap_{i \in I_2} \bar{A_i}) = p_0</tex>. Имеем<br><tex>\begin{equation}P \left( \bigcap\limits_{i \in I} \bar{A_i} \right) = p_0 -pukP \left( \bigcap\limits_{i \in I_2} \bar{A_i} \cap A_k \right) \geq p_0 - P \left( \bigcap\limits_{i \in I_2 \setminus M(k)} \bar{A_i} \cap A_k \right) =\end{equation}</tex><br><tex>\begin{equation}p_0 - P \left( \bigcap\limits_{i \in I_2 \setminus M(k)} \bar{A_i} \right) \cdot P(A_k) \geq p_0(1-x_k)\end{equation}</tex>.<br>Чтобы проверить выполнение последнего неравенства, перепишем его в равносильном виде<br><tex>\begin{equation}p_0x_k \geq P \left( \bigcap\limits_{i \in I_2 \setminus M(k)} \bar{A_i} \right) \cdot P(A_k)\end{equation}</tex>.<br>Это неравенство следует из оценки <tex>P(A_k) \leq x_k \prod_{j \in M(k)}(1-x_j)</tex> и индукционного предположения.<br>Пусть теперь <tex>I_1 = \{ k \} \sqcup I_3, |I_3| > 0</tex>. Имеем<br><tex>\begin{equation}P \left( \bigcap\limits_{i \in I} \bar{A_i} \right) \geq P \left( \bigcap\limits_{i \in I_2 \cup I_3} \bar{A_i} \right) (1 - x_k) \geq P \left( \bigcap\limits_{i \in I_2} \bar{A_i} \right) (1 - x_k) \prod\limits_{j \in I_3} (1-x_j),\end{equation}</tex><br>что и требовалось (здесь первое неравенство уже доказано, а второе следует из индукционного предположения).}} '''Замечание.''' Как видно из доказательства, вместо независимости каждого события $A_i$ от событий, не входящих в $M(i)$ достаточно требовать для любого множества $I$ такого, что <tex>I \cap (M(i) \cup \{ i \} ) = \emptyset</tex> оценки<br><tex>\begin{equation}P \left( A_i | \bigcap\limits_{j \in I} \bar{A_j} \right) \leq x_i \prod \limits_{j \in M(i)} (1-x_j).\end{equation}</tex><br>Иногда используется именно такая версия локальной леммы. <br>В случае, когда оценки на вероятности всех событий совпадают, получаем следующее утверждение. {{Теорема|id=thLocalLovas |about=Симметричная версия локальной леммы|statement=Предположим, что <tex>e \cdot p \cdot (d + 1) \leq 1,</tex> каждое событие $A_i$ происходит с вероятностью не больше, чем $p$ и <tex>|M(i)| \leq d</tex> для всех $i$. Тогда с положительной вероятностью ни одно событие $A_i$ не происходит.|proof=Выберем <tex>x_i = x = 1 / (d + 1)</tex>. Тогда <tex>(1 − x)^d \geq 1 / e</tex> - это следует, например, из определения числа $e$. Следовательно <tex>p \leq x(1 − x)^d</tex>, так что выполняются условия локальной леммы.