保证正定性的非对角范围?

机器算法验证 相关性 矩阵
2022-03-23 10:52:16

考虑随机生成一个p×p协方差矩阵Σ对角线条目限制为 1,非对角线条目Σij=ΣjiUnif[a,a]. 最大值是多少a, 作为一个函数p, 这样Σ是正定的,概率为 1?

1个回答

最大值是1/(p1).

要看到这一点,首先请注意,所有非对角线项的矩阵的特征值都等于一个常数x1x(具有多样性p1) 和1+(p1)x. 什么时候x<1/(p1),因此最小的特征值将是负的,这意味着矩阵不是正定的。因为最小特征值是条目的连续函数,所以我们可以找到一个正ϵ这样当所有非对角线条目都在区间内时[x,x+ϵ](但不再彼此相等),最小的特征值保持负数。

现在假设a>1/(p1). 环境x=a, 选择一个ϵ正如刚才所描述的那样,如果有必要,让它变得更小,但仍然是积极的,以确保aϵ>1/(p1). 假设非对角条目是独立生成的,所有条目位于区间内的概率[a,a+ϵ]等于(ϵ/(2a))p(p1)/2>0,表明矩阵具有非正定的正概率。

这确立了1/(p1)作为上限_a. 我们需要证明它就足够了。考虑任意对称p经过p矩阵(aij)单位对角线且所有条目的大小小于1/p. 通过适当的感应p,并且凭借Sylvester 准则,足以证明该矩阵具有正行列式。使用第一行的行减少将这个问题简化为考虑 a 的符号p1经过p1条目的决定因素(aij/(1+a1i). 因为1/p<a1i<1/p,这些显然小于1/(p1)绝对值,所以我们是通过归纳来完成的。(基本情况p=2是微不足道的。)