{"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 $$\\begin{aligned} {\\forall }\\,\\,i,j\\in \\{1,\\ldots ,n\\}, \\quad \\Vert x_i-x_j\\Vert ^p_{L_p(\\mu )}-\\varepsilon\\le & {} \\Vert y_i-y_j\\Vert _{\\ell _p^d}^p\\le \\Vert x_i-x_j\\Vert ^p_{L_p(\\mu )}+\\varepsilon . \\end{aligned}$$ <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}
引用次数: 0
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 $$x_1,\ldots ,x_n\in L_p(\mu )$$ x1,…,xn∈Lp(μ) with $$\big \Vert \max _{i\in \{1,\ldots ,n\}} |x_i| \big \Vert _{L_p(\mu )} \le K$$ ‖maxi∈{1,…,n}|xi|‖Lp(μ)≤K , there exist $$d\le \frac{32e^2 (2K)^{2p}\log n}{\varepsilon ^2}$$ d≤32e2(2K)2plognε2 and vectors $$y_1,\ldots , y_n \in \ell _p^d$$ y1,…,yn∈ℓpd 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},‖xi-xj‖Lp(μ)p-ε≤‖yi-yj‖ℓpdp≤‖xi-xj‖Lp(μ)p+ε. Moreover, the argument implies the existence of a greedy algorithm which outputs $$\{y_i\}_{i=1}^n$$ {yi}i=1n after receiving $$\{x_i\}_{i=1}^n$$ {xi}i=1n 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 $${\textbf {B}}_E$$ BE of a normed space $$(E,\Vert \cdot \Vert _E)$$ (E,‖·‖E) and we prove that $${\textbf {B}}_{\ell _p}$$ Bℓp does not admit $$\varepsilon $$ ε -isometric dimension reduction by linear operators for any value of $$p\ne 2$$ p≠2 .