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漸近オーダーの表記法

ランダウの記号

ランダウの記号(Landau’s symbol)は関数や数列の漸近挙動を大まかに把握するときに使われる記法。

例えばan=n2,bn=n1a_n = n^{-2}, b_n = n^{-1}のとき、

anbn=1/n21/n=nn2=1n0,n\frac{a_n}{b_n} = \frac{1/n^2}{1/n} = \frac{n}{n^2} = \frac{1}{n} \to 0 , \hspace{1em} n \to \infty

という関係があるが、nnを増やしていったときにana_nのほうがより早く0へ収束する。

このように漸近的(nn \to \infty)にはana_nn1n^{-1}「より小さい」ということを

an=o(n1),na_n = o(n^{-1}), \hspace{1em} n \to \infty

と書く。

例:無限小

0に近づく独立変数hh独立無限小量 という)に依存する量R(h)R(h)h0h\to 0とともに0に近づくとき、R(h)R(h)hh無限小量 あるいは 無限小 という。

あるR(h)R(h)を標準的な無限小量hnh^nと比較してランダウの記号を使って表す場合、以下のようになる。

確率的ランダウの記号

ランダウの記号の確率バージョン

例:

XnpXX_n \overset{p}{\to} X なる確率変数列{Xn}\{X_n\}に対して

Xn=X+op(1),nX_n = X + o_p(1), \hspace{1em} n \to \infty

と書くことができる。XnX_nを決める主要な項はXXであり、残りは誤差のようなもの、ということ。

  • sup\supは supremum(上限)

  • 任意のnNn\in\mathbb{N}について上限のP(Xn>M)P(|X_n| > M)MM\to\inftyの極限で0になる?

確率変数XXに対する単独のtightnessは

limMP(X>M)=0\lim_{M\to\infty} P(|X| > M) = 0

例:n\sqrt{n}-consistency

ある推定量θ0\theta_0が真の推定量θ\thetaについて

θ0θ=Op(1/n),n\theta_0 - \theta = O_p(1/\sqrt{n}) , \hspace{1em} n \to \infty

である(1/n1/\sqrt{n}と同程度のレートでゼロに収束する)とき、この推定量はn\sqrt{n}-consistencyと呼ばれる

参考文献

清水泰隆(2021)『統計学への確率論,その先へ』