$$\varepsilon $$-Isometric Dimension Reduction for Incompressible Subsets of $$\ell _p$$

Alexandros Eskenazis
{"title":"$$\\varepsilon $$-Isometric Dimension Reduction for Incompressible Subsets of $$\\ell _p$$","authors":"Alexandros Eskenazis","doi":"10.1007/s00454-023-00587-w","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"Abstract Fix $$p\\in [1,\\infty )$$ <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"> <mml:mrow> <mml:mi>p</mml:mi> <mml:mo>∈</mml:mo> <mml:mo>[</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mi>∞</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> , $$K\\in (0,\\infty )$$ <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"> <mml:mrow> <mml:mi>K</mml:mi> <mml:mo>∈</mml:mo> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>0</mml:mn> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mi>∞</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> , and a probability measure $$\\mu $$ <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"> <mml:mi>μ</mml:mi> </mml:math> . We prove that for every $$n\\in \\mathbb {N}$$ <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"> <mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mo>∈</mml:mo> <mml:mi>N</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> , $$\\varepsilon \\in (0,1)$$ <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"> <mml:mrow> <mml:mi>ε</mml:mi> <mml:mo>∈</mml:mo> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>0</mml:mn> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> , and $$x_1,\\ldots ,x_n\\in L_p(\\mu )$$ <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>x</mml:mi> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:msub> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mo>…</mml:mo> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>x</mml:mi> <mml:mi>n</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>∈</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>L</mml:mi> <mml:mi>p</mml:mi> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:math> with $$\\big \\Vert \\max _{i\\in \\{1,\\ldots ,n\\}} |x_i| \\big \\Vert _{L_p(\\mu )} \\le K$$ <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>‖</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msub> <mml:mo>max</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mi>i</mml:mi> <mml:mo>∈</mml:mo> <mml:mo>{</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mo>…</mml:mo> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mo>}</mml:mo> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>|</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>x</mml:mi> <mml:mi>i</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>|</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>‖</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>L</mml:mi> <mml:mi>p</mml:mi> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mrow> </mml:msub> <mml:mo>≤</mml:mo> <mml:mi>K</mml:mi> </mml:mrow> </mml:math> , there exist $$d\\le \\frac{32e^2 (2K)^{2p}\\log n}{\\varepsilon ^2}$$ <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"> <mml:mrow> <mml:mi>d</mml:mi> <mml:mo>≤</mml:mo> <mml:mfrac> <mml:mrow> <mml:mn>32</mml:mn> <mml:msup> <mml:mi>e</mml:mi> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msup> <mml:msup> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mi>K</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mn>2</mml:mn> <mml:mi>p</mml:mi> </mml:mrow> </mml:msup> <mml:mo>log</mml:mo> <mml:mi>n</mml:mi> </mml:mrow> <mml:msup> <mml:mi>ε</mml:mi> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:msup> </mml:mfrac> </mml:mrow> </mml:math> and vectors $$y_1,\\ldots , y_n \\in \\ell _p^d$$ <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>y</mml:mi> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:msub> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mo>…</mml:mo> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>y</mml:mi> <mml:mi>n</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>∈</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mi>ℓ</mml:mi> <mml:mi>p</mml:mi> <mml:mi>d</mml:mi> </mml:msubsup> </mml:mrow> </mml:math> such that $$\\begin{aligned} {\\forall }\\,\\,i,j\\in \\{1,\\ldots ,n\\}, \\quad \\Vert x_i-x_j\\Vert ^p_{L_p(\\mu )}-\\varepsilon\\le &amp; {} \\Vert y_i-y_j\\Vert _{\\ell _p^d}^p\\le \\Vert x_i-x_j\\Vert ^p_{L_p(\\mu )}+\\varepsilon . \\end{aligned}$$ <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"> <mml:mrow> <mml:mtable> <mml:mtr> <mml:mtd> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mo>∀</mml:mo> <mml:mspace /> <mml:mspace /> <mml:mi>i</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mi>j</mml:mi> <mml:mo>∈</mml:mo> <mml:mrow> <mml:mo>{</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mo>…</mml:mo> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mi>n</mml:mi> <mml:mo>}</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mspace /> <mml:mo>‖</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>x</mml:mi> <mml:mi>i</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>x</mml:mi> <mml:mi>j</mml:mi> </mml:msub> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mo>‖</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>L</mml:mi> <mml:mi>p</mml:mi> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mrow> <mml:mi>p</mml:mi> </mml:msubsup> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:mi>ε</mml:mi> <mml:mo>≤</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mtd> <mml:mtd> <mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mrow /> <mml:mo>‖</mml:mo> </mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>y</mml:mi> <mml:mi>i</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>y</mml:mi> <mml:mi>j</mml:mi> </mml:msub> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mo>‖</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msubsup> <mml:mi>ℓ</mml:mi> <mml:mi>p</mml:mi> <mml:mi>d</mml:mi> </mml:msubsup> </mml:mrow> <mml:mi>p</mml:mi> </mml:msubsup> <mml:mo>≤</mml:mo> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mo>‖</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>x</mml:mi> <mml:mi>i</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>-</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>x</mml:mi> <mml:mi>j</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>‖</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:msub> <mml:mi>L</mml:mi> <mml:mi>p</mml:mi> </mml:msub> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>μ</mml:mi> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mrow> <mml:mi>p</mml:mi> </mml:msubsup> <mml:mo>+</mml:mo> <mml:mi>ε</mml:mi> <mml:mo>.</mml:mo> </mml:mrow> </mml:mtd> </mml:mtr> </mml:mtable> </mml:mrow> </mml:math> Moreover, the argument implies the existence of a greedy algorithm which outputs $$\\{y_i\\}_{i=1}^n$$ <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mo>{</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>y</mml:mi> <mml:mi>i</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>}</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>i</mml:mi> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> </mml:msubsup> </mml:math> after receiving $$\\{x_i\\}_{i=1}^n$$ <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"> <mml:msubsup> <mml:mrow> <mml:mo>{</mml:mo> <mml:msub> <mml:mi>x</mml:mi> <mml:mi>i</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>}</mml:mo> </mml:mrow> <mml:mrow> <mml:mi>i</mml:mi> <mml:mo>=</mml:mo> <mml:mn>1</mml:mn> </mml:mrow> <mml:mi>n</mml:mi> </mml:msubsup> </mml:math> as input. The proof relies on a derandomized version of Maurey’s empirical method (1981) combined with a combinatorial idea of Ball (1990) and a suitable change of measure. Motivated by the above embedding, we introduce the notion of $$\\varepsilon $$ <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"> <mml:mi>ε</mml:mi> </mml:math> -isometric dimension reduction of the unit ball $${\\textbf {B}}_E$$ <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"> <mml:msub> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:mi>E</mml:mi> </mml:msub> </mml:math> of a normed space $$(E,\\Vert \\cdot \\Vert _E)$$ <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"> <mml:mrow> <mml:mo>(</mml:mo> <mml:mi>E</mml:mi> <mml:mo>,</mml:mo> <mml:mo>‖</mml:mo> <mml:mo>·</mml:mo> <mml:msub> <mml:mo>‖</mml:mo> <mml:mi>E</mml:mi> </mml:msub> <mml:mo>)</mml:mo> </mml:mrow> </mml:math> and we prove that $${\\textbf {B}}_{\\ell _p}$$ <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"> <mml:msub> <mml:mi>B</mml:mi> <mml:msub> <mml:mi>ℓ</mml:mi> <mml:mi>p</mml:mi> </mml:msub> </mml:msub> </mml:math> does not admit $$\\varepsilon $$ <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"> <mml:mi>ε</mml:mi> </mml:math> -isometric dimension reduction by linear operators for any value of $$p\\ne 2$$ <mml:math xmlns:mml=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"> <mml:mrow> <mml:mi>p</mml:mi> <mml:mo>≠</mml:mo> <mml:mn>2</mml:mn> </mml:mrow> </mml:math> .","PeriodicalId":356162,"journal":{"name":"Discrete and Computational Geometry","volume":"1 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0000,"publicationDate":"2023-10-21","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":"0","resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":null,"PeriodicalName":"Discrete and Computational Geometry","FirstCategoryId":"1085","ListUrlMain":"https://doi.org/10.1007/s00454-023-00587-w","RegionNum":0,"RegionCategory":null,"ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":null,"EPubDate":"","PubModel":"","JCR":"","JCRName":"","Score":null,"Total":0}
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Abstract

Abstract Fix $$p\in [1,\infty )$$ p [ 1 , ) , $$K\in (0,\infty )$$ K ( 0 , ) , and a probability measure $$\mu $$ μ . We prove that for every $$n\in \mathbb {N}$$ n N , $$\varepsilon \in (0,1)$$ ε ( 0 , 1 ) , and $$x_1,\ldots ,x_n\in L_p(\mu )$$ x 1 , , x n L p ( μ ) with $$\big \Vert \max _{i\in \{1,\ldots ,n\}} |x_i| \big \Vert _{L_p(\mu )} \le K$$ max i { 1 , , n } | x i | L p ( μ ) K , there exist $$d\le \frac{32e^2 (2K)^{2p}\log n}{\varepsilon ^2}$$ d 32 e 2 ( 2 K ) 2 p log n ε 2 and vectors $$y_1,\ldots , y_n \in \ell _p^d$$ y 1 , , y n p d such that $$\begin{aligned} {\forall }\,\,i,j\in \{1,\ldots ,n\}, \quad \Vert x_i-x_j\Vert ^p_{L_p(\mu )}-\varepsilon\le & {} \Vert y_i-y_j\Vert _{\ell _p^d}^p\le \Vert x_i-x_j\Vert ^p_{L_p(\mu )}+\varepsilon . \end{aligned}$$ i , j { 1 , , n } , x i - x j L p ( μ ) p - ε y i - y j p d p x i - x j L p ( μ ) p + ε . Moreover, the argument implies the existence of a greedy algorithm which outputs $$\{y_i\}_{i=1}^n$$ { y i } i = 1 n after receiving $$\{x_i\}_{i=1}^n$$ { x i } i = 1 n as input. The proof relies on a derandomized version of Maurey’s empirical method (1981) combined with a combinatorial idea of Ball (1990) and a suitable change of measure. Motivated by the above embedding, we introduce the notion of $$\varepsilon $$ ε -isometric dimension reduction of the unit ball $${\textbf {B}}_E$$ B E of a normed space $$(E,\Vert \cdot \Vert _E)$$ ( E , · E ) and we prove that $${\textbf {B}}_{\ell _p}$$ B p does not admit $$\varepsilon $$ ε -isometric dimension reduction by linear operators for any value of $$p\ne 2$$ p 2 .
$$\varepsilon $$的不可压缩子集的等距降维 $$\ell _p$$
固定$$p\in [1,\infty )$$ p∈[1,∞],$$K\in (0,\infty )$$ K∈(0,∞)和一个概率测度$$\mu $$ μ。我们证明对于每个$$n\in \mathbb {N}$$ n∈n, $$\varepsilon \in (0,1)$$ ε∈(0,1),以及$$x_1,\ldots ,x_n\in L_p(\mu )$$ x 1,…,x n∈lp (μ),且$$\big \Vert \max _{i\in \{1,\ldots ,n\}} |x_i| \big \Vert _{L_p(\mu )} \le K$$‖max i∈{1,…,n} | xi |‖L p (μ)≤K,则存在$$d\le \frac{32e^2 (2K)^{2p}\log n}{\varepsilon ^2}$$ d≤32 e 2 (2k) 2p log n ε 2和向量$$y_1,\ldots , y_n \in \ell _p^d$$ y 1,…,y n∈∑p d,使得$$\begin{aligned} {\forall }\,\,i,j\in \{1,\ldots ,n\}, \quad \Vert x_i-x_j\Vert ^p_{L_p(\mu )}-\varepsilon\le & {} \Vert y_i-y_j\Vert _{\ell _p^d}^p\le \Vert x_i-x_j\Vert ^p_{L_p(\mu )}+\varepsilon . \end{aligned}$$∀i, j∈{1,…,n},‖x i - x j‖lp (μ) p - ε≤‖y i - y j‖lp d p≤‖x i - x j‖lp (μ) p + ε。此外,该参数暗示存在贪婪算法,该算法在接收$$\{x_i\}_{i=1}^n$$ xi {i = 1n作为输入后输出}$$\{y_i\}_{i=1}^n$$ y{ i} i = 1n。该证明依赖于莫雷经验方法(1981)的非随机化版本,结合鲍尔(1990)的组合思想和适当的度量变化。在上述嵌入的激励下,我们引入了归范空间$$(E,\Vert \cdot \Vert _E)$$ (E,‖·‖E)的单位球$${\textbf {B}}_E$$ B E的$$\varepsilon $$ ε -等距降维的概念,并证明了对于$$p\ne 2$$ p≠2的任何值,$${\textbf {B}}_{\ell _p}$$ B l p不允许$$\varepsilon $$ ε -等距降维。
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