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高斯矩阵乘积最大奇异值几乎必然收敛的一个简单证明

A simple proof of almost sure convergence for the largest singular value of a product of Gaussian matrices

Thiziri Nait Saada, Alireza Naderi

AI总结:

本文给出了高斯矩阵乘积最大平方奇异值几乎必然收敛到支撑右端点的一般情形证明,该方法简单且无需自由概率现代技术。

摘要:

令 $m \geq 1$,考虑 $m$ 个独立的 $n \times n$ 矩阵的乘积 $\mathbf{W} = \mathbf{W}_1 \dots \mathbf{W}_m$,其中每个 $\mathbf{W}_{i}$ 具有独立同分布的标准化 $\mathcal{N}(0, n^{-1/2})$ 元素。Penson 等人 (2011) 证明了 $\mathbf{W}$ 的平方奇异值经验分布收敛到一个支撑在 $[0, u_m]$ 上的确定性分布,其中 $u_m = \frac{{(m+1)}^{m+1}}{m^m}$。这推广了 $m=1$ 的著名情形,对应于方阵的 Marchenko-Pastur 分布。此外,对于 $m=1$,Geman (1980) 首次证明了最大平方奇异值几乎必然收敛到支撑的右端点(即所谓的“软边缘”),即 $s_1^2(\mathbf{W}) \xrightarrow{a.s.} u_1$。在此,我们给出了 $m\geq 1$ 时一般情形 $s_1^2(\mathbf{W}) \xrightarrow{a.s.} u_m$ 的证明。尽管我们不声称结果的新颖性,但该证明很简单,不需要熟悉自由概率的现代技术。

英文摘要:

Let $m \geq 1$ and consider the product of $m$ independent $n \times n$ matrices $\mathbf{W} = \mathbf{W}_1 \dots \mathbf{W}_m$, each $\mathbf{W}_{i}$ with i.i.d. normalised $\mathcal{N}(0, n^{-1/2})$ entries. It is shown in Penson et al. (2011) that the empirical distribution of the squared singular values of $\mathbf{W}$ converges to a deterministic distribution compactly supported on $[0, u_m]$, where $u_m = \frac{{(m+1)}^{m+1}}{m^m}$. This generalises the well-known case of $m=1$, corresponding to the Marchenko-Pastur distribution for square matrices. Moreover, for $m=1$, it was first shown by Geman (1980) that the largest squared singular value almost surely converges to the right endpoint (the so-called ``soft edge'') of the support, i.e. $s_1^2(\mathbf{W}) \xrightarrow{a.s.} u_1$. Herein, we present a proof for the general case $s_1^2(\mathbf{W}) \xrightarrow{a.s.} u_m$ for $m\geq 1$. Although we do not claim novelty for our result, the proof is simple and does not require familiarity with modern techniques of free probability.

机构、总结、中文摘要均由AI分析而来,可能存在错误,请以论文正文为准。

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