Ωを標本空間都市, p,qをΩ上の確率分布とする.A⊂Ωとする.
2(p(A)−q(A))2≤KL(p,q)
ただし,KL(p,q)=∑x∈Ωp(x)lnp(x)q(x)
まず, 式1を証明する.
(1)∑x∈Bp(x)p(x)q(x)≥p(B)p(B)q(B)
p(B)=∑x∈Bp(x),q(B)=∑x∈Bq(x)とし,pB(x)=p(x)/p(B), qB(x)=q(x)/q(B)とする.
このとき,∑x∈Bp(x)p(x)q(x)=∑x∈BpB(x)p(B)lnpB(x)p(B)qB(x)q(B)=p(B)∑x∈BpB(x)lnpB(x)p(B)qB(x)q(B)=p(B)∑x∈BpB(x)ln(pB(x)qB(x)+lnp(B)q(B))=p(B)∑x∈BpB(x)lnpB(x)qB(x)+p(B)∑x∈BpB(x)lnp(B)q(B)=p(B)KL(pB,qB)+p(B)lnp(B)q(B)≥p(B)lnp(B)q(B) (∵KL(pB,qB)≥0)
a=p(A), b=q(A)とおく.
KL(p,q)=alnab+(1−a)ln1−a1−b=∫ab(−ax+1−a1−x)=∫abx−ax(1−x)dx≥∫ab4(x−a)dx (∵x(1−x)≤1/4)=2(b−a)2
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