<?xml version="1.0"?> 
<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Strict//EN" "mathml.dtd"> 
<?xml-stylesheet type="text/css" href="thesis.css"?> 
<html  
xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml"  
><head><title>10.2 Variance Analysis</title> 
<meta http-equiv="Content-Type" content="text/html; charset=iso-8859-1" /> 
<meta name="generator" content="TeX4ht (http://www.cis.ohio-state.edu/~gurari/TeX4ht/mn.html)" /> 
<meta name="originator" content="TeX4ht (http://www.cis.ohio-state.edu/~gurari/TeX4ht/mn.html)" /> 
<!-- 3,early_,early^,xhtml,mozilla --> 
<meta name="src" content="thesis.tex" /> 
<meta name="date" content="2002-08-28 13:56:00" /> 
<link rel="stylesheet" type="text/css" href="thesis.css" /> 
</head><body 
>
   <div class="crosslinks"><p class="noindent">[<a 
href="thesisse46.xml" >next</a>] [<a 
href="thesisse44.xml" >prev</a>] [<a 
href="thesisse44.xml#tailthesisse44.xml" >prev-tail</a>] [<a 
href="#tailthesisse45.xml">tail</a>] [<a 
href="thesisch10.xml#thesisse45.xml" >up</a>] </p></div>
   <h3 class="sectionHead"><span class="titlemark">10.2. </span> <a 
  name="x63-8900010.2"></a>Variance Analysis</h3>
<!--l. 3858--><p class="noindent">Bounding the deviation of <!--l. 3858--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">       <mrow 
><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">pv</mtext><!--/mstyle--></mrow></msub 
></mrow></math>
is more difficult than bounding the deviation of a holdout error. To understand this,
we can think of two games, the holdout game and the progressive validation
game.
</p><!--l. 3862--><p class="indent">   In the holdout game, your opponent chooses a bias and then nature flips <!--l. 3862--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">
<mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></math> coins
with that bias. If the deviation of the average number of heads is larger than <!--l. 3864--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">
<mrow 
><mi 
>&#x03B5;</mi></mrow></math>, then
you lose. Otherwise, you win.
</p><!--l. 3866--><p class="indent">   In the progressive validation game, the opponent chooses the bias of <span 
class="ecti-1000">each </span>coin just
before it is flipped. The goal of the opponent remains the same, and the opponent wins if
a large deviation is observed.
</p><!--l. 3870--><p class="indent">   The progressive validation opponent is at least as strong as the holdout opponent
since the progressive validation opponent could choose the same bias for every coin.
Nonetheless, we will see that the progressive validation opponent is <span 
class="ecti-1000">not </span>much
stronger.
</p><!--l. 3875--><p class="indent">   There are two ways in which we can show that the progressive validation opponent is
not much stronger. The first technique will show that the variance of the progressive
validation estimate is smaller than might be expected. Then we will show that the
<span 
class="ecti-1000">deviations </span>of the progressive validation opponent behave much like the deviations of an
independent opponent.
</p>
   <div class="newtheorem">
<!--l. 3881--><p class="noindent"><span class="head">
<a 
  name="x63-89001r1"></a>
  <span 
class="eccc-1000">T<small 
class="small-caps">H</small><small 
class="small-caps">E</small><small 
class="small-caps">O</small><small 
class="small-caps">R</small><small 
class="small-caps">E</small><small 
class="small-caps">M</small> </span>10.2.1<span 
class="eccc-1000">.</span></span>
</p><!--l. 3882--><p class="indent">   <span 
class="ecti-1000">Suppose    we    test    the    progressive    validation    hypothesis    on    </span><!--l. 3882--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">
<mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow><mrow 
><!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">test</mtext><!--/mstyle--></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-rel">=</mo> <msub><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow><mrow 
><!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">pv</mtext><!--/mstyle--></mrow></msub 
></mrow></math>
<span 
class="ecti-1000">additional                        examples.                        Let                        </span><!--l. 3883--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">
<mrow 
><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">test</mtext><!--/mstyle--></mrow></msub 
></mrow></math>
<span 
class="ecti-1000">be    the    empirical    error    on    these    examples.    Then,    we    have:    </span><!--l. 3885--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="display">
                                                                     

                                                                     
<mrow 
>
                <msub><mrow 
><mi 
>E</mi></mrow><mrow 
><msup><mrow 
>
<mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><mi 
>x</mi><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><mi 
>y</mi></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow><mrow 
><!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">pv</mtext><!--/mstyle--></mrow></msub 
><mo 
class="MathClass-bin">+</mo><msub><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow><mrow 
>
<!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">test</mtext><!--/mstyle--></mrow></msub 
></mrow></msup 
><mo 
class="MathClass-rel">&#x223C;</mo><msup><mrow 
><mi 
>D</mi></mrow><mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow><mrow 
><!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">pv</mtext><!--/mstyle--></mrow></msub 
><mo 
class="MathClass-bin">+</mo><msub><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow><mrow 
>
<!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">test</mtext><!--/mstyle--></mrow></msub 
></mrow></msup 
></mrow></msub 
><msup><mrow 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">test</mtext><!--/mstyle--></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">pv</mtext><!--/mstyle--></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mrow 
><mn>2</mn></mrow></msup 
>
</mrow></math>
<!--l. 3887--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="display">
<mrow 
>
                     <mo 
class="MathClass-rel">&#x2265;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>E</mi></mrow><mrow 
><msup><mrow 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><mi 
>x</mi><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><mi 
>y</mi></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow><mrow 
><!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">pv</mtext><!--/mstyle--></mrow></msub 
></mrow></msup 
><mo 
class="MathClass-rel">&#x223C;</mo><msup><mrow 
><mi 
>D</mi></mrow><mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow><mrow 
><!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">pv</mtext><!--/mstyle--></mrow></msub 
></mrow></msup 
></mrow></msub 
><msup><mrow 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">pv</mtext><!--/mstyle--></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">pv</mtext><!--/mstyle--></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mrow 
><mn>2</mn></mrow></msup 
>
</mrow></math>
</p>
   </div>
   <div class="proof">
<!--l. 3892--><p class="indent">   <span class="head">
   <span 
class="eccc-1000">P<small 
class="small-caps">R</small><small 
class="small-caps">O</small><small 
class="small-caps">O</small><small 
class="small-caps">F</small>.</span> </span>Every example on the left hand side can be though of as a coin with
bias <!--l. 3892--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">pv</mtext><!--/mstyle--></mrow></msub 
><mo 
class="MathClass-punc">.</mo></mrow></math>
The variance of the LHS is then <!--l. 3893--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><mi 
>m</mi> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2217;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">pv</mtext><!--/mstyle--></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><mn>1</mn> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">pv</mtext><!--/mstyle--></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow></math>.
                                                                     

                                                                     
The right hand side is: <!--l. 3895--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="display">      <mrow 
>
                                      <msub><mrow 
><mi 
>E</mi></mrow><mrow 
><msup><mrow 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><mi 
>x</mi><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><mi 
>y</mi></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msup 
><mo 
class="MathClass-rel">&#x223C;</mo><msup><mrow 
><mi 
>D</mi></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msup 
></mrow></msub 
><msup><mrow 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">pv</mtext><!--/mstyle--></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">pv</mtext><!--/mstyle--></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mrow 
><mn>2</mn></mrow></msup 
>
</mrow></math>
<!--l. 3897--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="display">    <mrow 
>
                                         <mo 
class="MathClass-rel">=</mo> <msub><mrow 
><mi 
>E</mi></mrow><mrow 
><msup><mrow 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><mi 
>x</mi><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><mi 
>y</mi></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msup 
><mo 
class="MathClass-rel">&#x223C;</mo><msup><mrow 
><mi 
>D</mi></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msup 
></mrow></msub 
><msup><mrow 
> <mfenced separators="" 
open="["  close="]" ><mrow><msubsup><mrow 
><mo 
class="MathClass-op">&#x2211;</mo>
  </mrow><mrow 
><mi 
>i</mi><mo 
class="MathClass-rel">=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msubsup 
><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
>
<mi 
>i</mi></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow></mfenced> </mrow><mrow 
><mn>2</mn></mrow></msup 
>
</mrow></math>
where <!--l. 3899--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-rel">=</mo> <mi 
>e</mi><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>h</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow></math>
<!--l. 3900--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="display">    <mrow 
>
               <mo 
class="MathClass-rel">=</mo> <msub><mrow 
><mi 
>E</mi></mrow><mrow 
><msup><mrow 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><mi 
>x</mi><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><mi 
>y</mi></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msup 
><mo 
class="MathClass-rel">&#x223C;</mo><msup><mrow 
><mi 
>D</mi></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msup 
></mrow></msub 
> <mfenced separators="" 
open="["  close="]" ><mrow><msub><mrow 
><mo 
class="MathClass-op">&#x2211;</mo>
  </mrow><mrow 
><mi 
>i</mi><mo 
class="MathClass-rel">&#x2260;</mo><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow> <mo 
class="MathClass-bin">+</mo><msubsup><mrow 
> <mo 
class="MathClass-op">&#x2211;</mo>
  </mrow><mrow 
><mi 
>i</mi><mo 
class="MathClass-rel">=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msubsup 
><msup><mrow 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
>
<mi 
>i</mi></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mrow 
><mn>2</mn></mrow></msup 
></mrow></mfenced>
</mrow></math>
                                                                     

                                                                     
<!--l. 3902--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="display">    <mrow 
>
          <mo 
class="MathClass-rel">=</mo><msub><mrow 
> <mo 
class="MathClass-op">&#x2211;</mo>
   </mrow><mrow 
><mi 
>i</mi><mo 
class="MathClass-rel">&#x2260;</mo><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><msub><mrow 
><mi 
>E</mi></mrow><mrow 
><msup><mrow 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><mi 
>x</mi><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><mi 
>y</mi></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msup 
><mo 
class="MathClass-rel">&#x223C;</mo><msup><mrow 
><mi 
>D</mi></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msup 
></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow> <mo 
class="MathClass-bin">+</mo><msubsup><mrow 
> <mo 
class="MathClass-op">&#x2211;</mo>
  </mrow><mrow 
><mi 
>i</mi><mo 
class="MathClass-rel">=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msubsup 
><msub><mrow 
><mi 
>E</mi></mrow><mrow 
><msup><mrow 
>
<mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><mi 
>x</mi><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><mi 
>y</mi></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msup 
><mo 
class="MathClass-rel">&#x223C;</mo><msup><mrow 
><mi 
>D</mi></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msup 
></mrow></msub 
><msup><mrow 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mrow 
><mn>2</mn></mrow></msup 
>
</mrow></math>
The cross product term is: <!--l. 3905--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="display">      <mrow 
>
                                   <msub><mrow 
><mi 
>E</mi></mrow><mrow 
><msup><mrow 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><mi 
>x</mi><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><mi 
>y</mi></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msup 
><mo 
class="MathClass-rel">&#x223C;</mo><msup><mrow 
><mi 
>D</mi></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msup 
></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow>
</mrow></math>
</p><!--l. 3909--><p class="indent">   Without loss of generality, assume that <!--l. 3909--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><mi 
>i</mi> <mo 
class="MathClass-rel">&#x003C;</mo> <mi 
>j</mi></mrow></math>.
What we wish to prove is that the expected value of this quantity is <!--l. 3910--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><mn>0</mn></mrow></math>
conditional on the values of all random variables other than <!--l. 3911--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></math>th
or <!--l. 3911--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></math>th
example. Let <!--l. 3911--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>S</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow></math>
be the set of examples minus the <!--l. 3912--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></math>th
and <!--l. 3912--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></math>th
example. Also, let <!--l. 3913--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow></math>
and <!--l. 3913--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow></math>
be the <!--l. 3913--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></math>th
and <!--l. 3913--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></math>th
                                                                     

                                                                     
labeled examples. If we can show that: <!--l. 3915--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="display">      <mrow 
>
                             <mi 
>&#x2200;</mi><msub><mrow 
><mi 
>S</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi><mi 
>j</mi></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-punc">:</mo>  <msub><mrow 
><mi 
>E</mi></mrow><mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mo 
class="MathClass-rel">&#x2223;</mo><msub><mrow 
><mi 
>S</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow> <mo 
class="MathClass-rel">=</mo> <mn>0</mn>
</mrow></math>
then linearity of expectation will imply that: <!--l. 3918--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="display">      <mrow 
>
                                <msub><mrow 
><mi 
>E</mi></mrow><mrow 
><msup><mrow 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><mi 
>x</mi><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><mi 
>y</mi></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msup 
><mo 
class="MathClass-rel">&#x223C;</mo><msup><mrow 
><mi 
>D</mi></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msup 
></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow> <mo 
class="MathClass-rel">=</mo> <mn>0</mn>
</mrow></math>
</p><!--l. 3922--><p class="indent">   The value of <!--l. 3922--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow></math>
is fixed after conditioning on <!--l. 3922--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>S</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow></math>
(and assuming a deterministic learning algorithm) while the value of <!--l. 3923--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow></math>
is not fixed: it is dependent on the random variable <!--l. 3924--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow></math>.
Let <!--l. 3924--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow></math>
be the derived random variable. Then, the expectation is: <!--l. 3926--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="display">      <mrow 
>
                                    <msub><mrow 
><mi 
>E</mi></mrow><mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mo 
class="MathClass-rel">&#x2223;</mo><msub><mrow 
><mi 
>S</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow>
</mrow></math>
(implicitly conditioning on <!--l. 3928--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>S</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow></math>)
                                                                     

                                                                     
<!--l. 3929--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="display">    <mrow 
>
               <mo 
class="MathClass-rel">=</mo><msub><mrow 
> <mo 
class="MathClass-op">&#x2211;</mo>
   </mrow><mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow></msub 
><msub><mrow 
><mo 
> Pr</mo></mrow><mrow 
><mi 
>D</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow><msub><mrow 
><mo 
>Pr</mo></mrow><mrow 
><mi 
>D</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo>&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo>&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow>
</mrow></math>
<!--l. 3931--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="display">    <mrow 
>
             <mo 
class="MathClass-rel">=</mo><msub><mrow 
> <mo 
class="MathClass-op">&#x2211;</mo>
   </mrow><mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow></msub 
><msub><mrow 
><mo 
> Pr</mo></mrow><mrow 
><mi 
>D</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo>&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow><msub><mrow 
><mo 
class="MathClass-op">&#x2211;</mo>
   </mrow><mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow></msub 
><msub><mrow 
><mo 
> Pr</mo></mrow><mrow 
><mi 
>D</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo>&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow>
</mrow></math>
For any fixed <!--l. 3933--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow></math>,
we want to show that <!--l. 3933--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><msub><mrow 
><mo 
class="MathClass-op">&#x2211;</mo>
  </mrow><mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow></msub 
><msub><mrow 
><mo 
> Pr</mo></mrow><mrow 
><mi 
>D</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo>&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow> <mo 
class="MathClass-rel">=</mo> <mn>0</mn></mrow></math>.With
<!--l. 3934--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">    <mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow></math>
fixed, the true error rate of the <!--l. 3934--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></math>th
hypothesis is <!--l. 3934--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow></math>.
Therefore, the probability of observing an error (<!--l. 3935--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow> <mo 
class="MathClass-rel">=</mo> <mn>1</mn></mrow></math>)
is <!--l. 3936--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow></math>,
and the probability of observing no error (<!--l. 3936--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow> <mo 
class="MathClass-rel">=</mo> <mn>0</mn></mrow></math>)
is <!--l. 3937--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><mn>1</mn> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow></math>.
This implies: <!--l. 3938--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="display">      <mrow 
><msub><mrow 
>
                                <mo 
class="MathClass-op">&#x2211;</mo>
                 </mrow><mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow></msub 
><msub><mrow 
><mo 
> Pr</mo></mrow><mrow 
><mi 
>D</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo>&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow>
</mrow></math>
                                                                     

                                                                     
<!--l. 3940--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="display">    <mrow 
>
     <mo 
class="MathClass-rel">=</mo><msub><mrow 
> <mo 
class="MathClass-op">&#x2211;</mo>
   </mrow><mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mo 
class="MathClass-punc">:</mo><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow><mo 
class="MathClass-rel">=</mo><mn>0</mn></mrow></msub 
><msub><mrow 
><mo 
> Pr</mo></mrow><mrow 
><mi 
>D</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo><msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow> <mo 
class="MathClass-bin">+</mo><msub><mrow 
> <mo 
class="MathClass-op">&#x2211;</mo>
   </mrow><mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mo 
class="MathClass-punc">:</mo><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo>&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow><mo 
class="MathClass-rel">=</mo><mn>1</mn></mrow></msub 
><msub><mrow 
><mo 
> Pr</mo></mrow><mrow 
><mi 
>D</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><mn>1</mn> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow>
</mrow></math>
<!--l. 3942--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="display">    <mrow 
>
                          <mo 
class="MathClass-rel">=</mo> <mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><mn>1</mn> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo><msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow> <mo 
class="MathClass-bin">+</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><mn>1</mn> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>j</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow>
</mrow></math>
<!--l. 3944--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="display">    <mrow 
>
                                                    <mo 
class="MathClass-rel">=</mo> <mn>0</mn>
</mrow></math>
</p><!--l. 3948--><p class="indent">   Putting              this              together,              we              get:              <!--l. 3949--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="display">
                                                                     

                                                                     
<mrow 
>
                <!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">cross&#x000A0;term</mtext><!--/mstyle--> <mo 
class="MathClass-rel">=</mo><msub><mrow 
> <mo 
class="MathClass-op">&#x2211;</mo>
   </mrow><mrow 
><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow></msub 
><msub><mrow 
><mo 
> Pr</mo></mrow><mrow 
><mi 
>D</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo>&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mi 
>z</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2217;</mo> <mn>0</mn>
</mrow></math>
</p><!--l. 3953--><p class="indent">   <!--l. 3953--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="display">      <mrow 
>
                                                    <mo 
class="MathClass-rel">=</mo> <mn>0</mn>
</mrow></math>
Since this sum is zero regardless of the values of all other random variables, the
cross product terms all have expectation zero. Note that we can extend this proof to
randomized algorithms by conditioning on the random bits of the algorithm in the
above argument. Consequently: <!--l. 3959--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="display">      <mrow 
>
                                <mo 
class="MathClass-rel">=</mo><msubsup><mrow 
> <mo 
class="MathClass-op">&#x2211;</mo>
  </mrow><mrow 
><mi 
>i</mi><mo 
class="MathClass-rel">=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msubsup 
><msub><mrow 
><mi 
>E</mi></mrow><mrow 
><msup><mrow 
>
<mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><mi 
>x</mi><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><mi 
>y</mi></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msup 
><mo 
class="MathClass-rel">&#x223C;</mo><msup><mrow 
><mi 
>D</mi></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msup 
></mrow></msub 
> <mfenced separators="" 
open="["  close="]" ><mrow><msup><mrow 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><msub><mrow 
><mover 
accent="true"><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mo 
class="MathClass-op">&#x0302;</mo></mover></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow><mrow 
><mn>2</mn></mrow></msup 
></mrow></mfenced>
</mrow></math>
                                                                     

                                                                     
<!--l. 3961--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="display">    <mrow 
>
                                                  <mo 
class="MathClass-rel">=</mo><msubsup><mrow 
> <mo 
class="MathClass-op">&#x2211;</mo>
  </mrow><mrow 
><mi 
>i</mi><mo 
class="MathClass-rel">=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msubsup 
><msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
>
<mi 
>i</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><mn>1</mn> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow>
</mrow></math>
So, all that we must show is: <!--l. 3964--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="display">      <mrow 
>
                               <mi 
>m</mi><msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">pv</mtext><!--/mstyle--></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><mn>1</mn> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><!--mstyle 
class="text"--><mtext class="textrm">pv</mtext><!--/mstyle--></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow> <mo 
class="MathClass-rel">&#x2265;</mo><msubsup><mrow 
><mo 
class="MathClass-op">&#x2211;</mo>
  </mrow><mrow 
><mi 
>i</mi><mo 
class="MathClass-rel">=</mo><mn>1</mn></mrow><mrow 
><mi 
>m</mi></mrow></msubsup 
><msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
>
<mi 
>i</mi></mrow></msub 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><mn>1</mn> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <msub><mrow 
><mi 
>e</mi></mrow><mrow 
><mi 
>i</mi></mrow></msub 
></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow>
</mrow></math>
which follows from Jensen&#x2019;s inequality and the convexity of <!--l. 3966--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><mi 
>x</mi><mrow><mo 
class="MathClass-open">(</mo><mrow><mn>1</mn> <mo 
class="MathClass-bin">&#x2212;</mo> <mi 
>x</mi></mrow><mo 
class="MathClass-close">)</mo></mrow></mrow></math>
on the interval <!--l. 3967--><math 
xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" 
mode="inline">      <mrow 
><mrow><mo 
class="MathClass-open">[</mo><mrow><mn>0</mn><mo 
class="MathClass-punc">,</mo><mn>1</mn></mrow><mo 
class="MathClass-close">]</mo></mrow></mrow></math>.
<span class="qed"><span 
class="msam-10">&#x25AB;</span></span>
</p>
   </div>
<!--l. 3970--><p class="indent">
                                                                     

                                                                     
</p>
   <div class="crosslinks"><p class="noindent">[<a 
href="thesisse46.xml" >next</a>] [<a 
href="thesisse44.xml" >prev</a>] [<a 
href="thesisse44.xml#tailthesisse44.xml" >prev-tail</a>] [<a 
href="thesisse45.xml" >front</a>] [<a 
href="thesisch10.xml#thesisse45.xml" >up</a>] </p></div><a 
  name="tailthesisse45.xml"></a>  
</body> 
</html> 
