We investigate the behavior of the length of the longest weakly increasing subsequences (weak LIS) of $n$-step random walks with nonzero integer increments $k = \pm 1, \pm 2, \dots$ given by a symmetric heavy tailed mass distribution proportional to $|k|^{-1-α}$ for several values of the real parameter $α> 0$ together with that of the simple random walk ($k=\pm 1$), to which the $n$-step heavy tailed walks reduce when $α$ grows large enough that step jumps beyond $\pm 1$ become essentially absent on the scale of $n$. By means of exploratory fits, weighted nonlinear least squares, and nested-model comparisons, we found that the sample average length $\langle{L_{n}}\rangle$ scales like $\langle{L_{n}}\rangle \sim \sqrt{n}\log{n}$ when the distribution of increments has finite variance ($α> 2$) and $\langle{L_{n}}\rangle \sim n^θ$ with a varying exponent $θ> 0.5$ when the variance is infinite ($α\leq 2$). Distributional diagnostics indicate that the bulk of the $L_{n}$ distribution is very well-approximated by a lognormal model, though systematic deviations are observed in the tails. Our results corroborate and expand upon previous results for the LIS of other types of heavy-tailed random walks and raise a conjecture as to whether the distribution of $L_{n}$ is given, or can be effectively described, by a lognormal distribution.


翻译:我们研究了$n$步非零整数增量$k = \pm 1, \pm 2, \dots$的随机游走的最长弱递增子序列(weak LIS)长度的行为。这些增量由对称重尾质量分布给出,该分布与$|k|^{-1-α}$成正比,涉及实参数$α>0$的多个取值;同时研究了简单随机游走($k=\pm 1$)的情形——当$α$足够大以致在$n$的尺度上$\pm 1$以外的步长跳跃基本消失时,$n$步重尾游走退化为该情形。通过探索性拟合、加权非线性最小二乘法和嵌套模型比较,我们发现:当增量分布具有有限方差($α>2$)时,样本平均长度$\langle{L_{n}}\rangle$按$\langle{L_{n}}\rangle \sim \sqrt{n}\log{n}$标度;当方差无限($α\leq2$)时,$\langle{L_{n}}\rangle \sim n^θ$,其中指数$θ>0.5$可变。分布诊断表明,$L_{n}$分布的主体部分非常接近对数正态模型,尽管在尾部观测到系统性偏差。我们的结果佐证并扩展了先前关于其他类型重尾随机游走LIS的结果,并提出一个猜想:$L_{n}$的分布是否由对数正态分布给出,或能否用其有效描述。

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