Введение

Предварительный порядок на векторах действительных чисел – это специфический вид упорядочивания на векторах действительных чисел. В математике мажоризация является предварительным порядком на векторах действительных чисел. Для двух таких векторов, **x** и **y**, мы говорим, что **x** слабо мажорирует (или доминирует) **y** снизу, что обычно обозначается **x** ≤ **y**, когда
для всех *k*,
где *x<sub>(k)</sub>* обозначает *k*-ю наибольшую компоненту вектора **x**. Если дополнительно **x** = **y**, мы говорим, что **x** мажорирует (или доминирует) **y**, что обычно обозначается **x** ≿ **y**. Мажоризация является частичным порядком для векторов, компоненты которых упорядочены по возрастанию, но лишь предварительным порядком для общих векторов, поскольку мажоризация не учитывает порядок компонент в векторах, например, утверждение **x** ≤ **y** просто эквивалентно **x<sub>(k)</sub>** ≥ **y<sub>(k)</sub>** для всех *k*. Мажоризация также иногда относится к поточечному упорядочиванию, например, функция *f* с действительными значениями мажорирует функцию *g* с действительными значениями, когда *f(x)* ≥ *g(x)* для всех *x* из области определения, или к другим техническим определениям, таким как мажорирующие меры в теории вероятностей.

Геометрическое определение

Для нас выполняется, если и только если находится в выпуклом корпусе всех векторов, полученных перестановкой координат вектора . Это эквивалентно утверждению, что для некоторой двукратно стохастической матрицы . В частности, можно представить как выпуклую комбинацию перестановок вектора . На рисунке 1 изображен выпуклый корпус в 2D для вектора . Обратите внимание, что центр выпуклого корпуса, который в этом случае является интервалом, равен вектору . Это "наименьший" вектор, удовлетворяющий для заданного вектора . На рисунке 2 показан выпуклый корпус в 3D. Центр выпуклого корпуса, который в этом случае является 2D-многоугольником, является "наименьшим" вектором, удовлетворяющим для заданного вектора .

Другие определения

Каждое из следующих утверждений истинно тогда и только тогда, когда из можно получить , выполнив конечную последовательность "операций Робин Гуда", где два элемента и заменяются на и , соответственно, для некоторого . Для всех , .

Примеры

Среди неотрицательных векторов с тремя компонентами и их перестановок, любой из них мажоризирует все остальные векторы, такие что... Например, ... мажоризируется всеми остальными такими векторами, поэтому такое поведение распространяется на вероятностные векторы произвольной длины: вектор, имеющий ненулевой компонент только в одной позиции, мажоризирует все остальные вероятностные векторы, а равномерное распределение мажоризируется всеми вероятностными векторами.

Выпуклость Шура

Функция называется шур-выпуклой, когда подразумевает Следовательно, шур-выпуклые функции переводят упорядочение векторов в стандартное упорядочение в Аналогично, функция является шур-вогнутой, когда подразумевает

Примером шур-выпуклой функции является функция максимума. Шур-выпуклые функции обязательно симметричны, то есть значения функции не меняются при перестановке элементов ее аргумента. Поэтому линейные функции, являющиеся выпуклыми, не являются шур-выпуклыми, если они не симметричны. Если функция симметрична и выпукла, то она является шур-выпуклой.

Обобщения

Мажоризация может быть обобщена до упорядочения Лоренца — частичного порядка на функциях распределения. Например, распределение богатства является Лоренц-доминирующим над другим, если его кривая Лоренца лежит ниже кривой другого распределения. Следовательно, распределение богатства, Лоренц-доминирующее, имеет более высокий коэффициент Джини и характеризуется большим неравенством доходов. Предваричный порядок мажоризации может быть естественным образом расширен на матрицы плотности в контексте квантовой информации. В частности, это выполняется тогда и только тогда, когда (где обозначает спектр состояния). Аналогично, можно сказать, что эрмитов оператор , мажоризирует другой оператор , если множество собственных значений мажоризирует множество собственных значений .