Accelerating Abelian Random Walks with Hyperbolic Dynamics

Autor: Bastien Dubail, Laurent Massoulié
Přispěvatelé: Dubail, Bastien, Département d'informatique - ENS Paris (DI-ENS), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Dynamics of Geometric Networks (DYOGENE), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Inria de Paris, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria), Aix Marseille Université (AMU), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL), Inria de Paris, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Département d'informatique - ENS Paris (DI-ENS), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Département d'informatique de l'École normale supérieure (DI-ENS), École normale supérieure - Paris (ENS Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École normale supérieure - Paris (ENS Paris)
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Zdroj: Probability Theory and Related Fields
Probability Theory and Related Fields, 2022, 184 (3-4), pp.939-968. ⟨10.1007/s00440-022-01128-x⟩
ISSN: 0178-8051
1432-2064
Popis: Given integers $d \geq 2, n \geq 1$, we consider affine random walks on torii $(\mathbb{Z} / n \mathbb{Z})^{d}$ defined as $X_{t+1} = A X_{t} + B_{t} \mod n$, where $A \in \mathrm{GL}_{d}(\mathbb{Z})$ is an invertible matrix with integer entries and $(B_{t})_{t \geq 0}$ is a sequence of iid random increments on $\mathbb{Z}^{d}$. We show that when $A$ has no eigenvalues of modulus $1$, this random walk mixes in $O(\log n \log \log n)$ steps as $n \rightarrow \infty$, and mixes actually in $O(\log n)$ steps only for almost all $n$. These results generalize those on the so-called Chung-Diaconis-Graham process, which corresponds to the case $d=1$. Our proof is based on the initial arguments of Chung, Diaconis and Graham, and relies extensively on the properties of the dynamical system $x \mapsto A^{\top} x$ on the continuous torus $\mathbb{R}^{d} / \mathbb{Z}^{d}$. Having no eigenvalue of modulus one makes this dynamical system a hyperbolic toral automorphism, a typical example of a chaotic system known to have a rich behaviour. As such our proof sheds new light on the speed-up gained by applying a deterministic map to a Markov chain.
Comment: 28 pages. Fixed a proof in the first version. Accepted for publication in PTRF
Databáze: OpenAIRE
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