L 2 hypocoercivity, deviation bounds, hitting times and Lyapunov functions
[Hypocoercivité L 2 , inégalité de concentration, temps d’atteinte et fonctions de Lyapunov]
Annales mathématiques Blaise Pascal, Tome 29 (2022) no. 2, pp. 295-306.

On montre que, pour un semi-groupe de Markov, l’hypocoercivité L 2 (c’est-à-dire la contractivité d’une norme L 2 modifiée) implique des inégalités de concentration quantitatives et l’intégrabilité exponentielle des temps d’atteinte des ensembles de mesure positive. D’autre part, pour les diffusions et sous une hypothèse forte d’hypoellipticité, on établit que l’hypocoercivité L 2 implique l’existence d’une fonction de Lyapunov pour le générateur associé. Une version en français est disponible [14].

We establish that, for a Markov semi-group, L 2 hypocoercivity, i.e. contractivity for a modified L 2 norm, implies quantitative deviation bounds for additive functionals of the associated Markov process and exponential integrability of the hitting time of sets with positive measure. Moreover, in the case of diffusion processes and under a strong hypoellipticity assumption, we prove that L 2 hypocoercivity implies the existence of a Lyapunov function for the generator. A french version is available [14].

Publié le :
DOI : 10.5802/ambp.414
Classification : 60J25, 35F15, 35H10
Keywords: Hypocoercivité, fonctions de Lyapunov
Mot clés : Hypocoercivity, Lyapunov functions
Pierre Monmarché 1

1 Sorbonne Université Laboratoire Jacques-Louis Lions 4 place Jussieu 75011 Paris, France
Licence : CC-BY 4.0
Droits d'auteur : Les auteurs conservent leurs droits
@article{AMBP_2022__29_2_295_0,
     author = {Pierre Monmarch\'e},
     title = {$L^2$ hypocoercivity, deviation bounds, hitting times and {Lyapunov} functions},
     journal = {Annales math\'ematiques Blaise Pascal},
     pages = {295--306},
     publisher = {Universit\'e Clermont Auvergne, Laboratoire de math\'ematiques Blaise Pascal},
     volume = {29},
     number = {2},
     year = {2022},
     doi = {10.5802/ambp.414},
     language = {en},
     url = {https://ambp.centre-mersenne.org/articles/10.5802/ambp.414/}
}
TY  - JOUR
AU  - Pierre Monmarché
TI  - $L^2$ hypocoercivity, deviation bounds, hitting times and Lyapunov functions
JO  - Annales mathématiques Blaise Pascal
PY  - 2022
SP  - 295
EP  - 306
VL  - 29
IS  - 2
PB  - Université Clermont Auvergne, Laboratoire de mathématiques Blaise Pascal
UR  - https://ambp.centre-mersenne.org/articles/10.5802/ambp.414/
DO  - 10.5802/ambp.414
LA  - en
ID  - AMBP_2022__29_2_295_0
ER  - 
%0 Journal Article
%A Pierre Monmarché
%T $L^2$ hypocoercivity, deviation bounds, hitting times and Lyapunov functions
%J Annales mathématiques Blaise Pascal
%D 2022
%P 295-306
%V 29
%N 2
%I Université Clermont Auvergne, Laboratoire de mathématiques Blaise Pascal
%U https://ambp.centre-mersenne.org/articles/10.5802/ambp.414/
%R 10.5802/ambp.414
%G en
%F AMBP_2022__29_2_295_0
Pierre Monmarché. $L^2$ hypocoercivity, deviation bounds, hitting times and Lyapunov functions. Annales mathématiques Blaise Pascal, Tome 29 (2022) no. 2, pp. 295-306. doi : 10.5802/ambp.414. https://ambp.centre-mersenne.org/articles/10.5802/ambp.414/

[1] Christophe Andrieu; Alain Durmus; Nikolas Nüsken; Julien Roussel Hypocoercivity of Piecewise Deterministic Markov Process-Monte Carlo (2018) | arXiv

[2] Dominique Bakry; Patrick Cattiaux; Arnaud Guillin Rate of convergence for ergodic continuous Markov processes: Lyapunov versus Poincaré, J. Funct. Anal., Volume 254 (2008) no. 3, pp. 727-759 | DOI | MR

[3] Dominique Bakry; Ivan Gentil; Michel Ledoux Analysis and geometry of Markov diffusion operators, Grundlehren der Mathematischen Wissenschaften, 348, Springer, 2014, xx+552 pages | DOI | MR

[4] Michel Benaïm; Carl-Erik Gauthier Self-repelling diffusions on a Riemannian manifold, Probab. Theory Relat. Fields, Volume 169 (2017) no. 1-2, pp. 63-104 | DOI | MR

[5] Jeremiah Birrell; Luc Rey-Bellet Concentration inequalities and performance guarantees for hypocoercive MCMC samplers (2019) | arXiv

[6] Patrick Cattiaux Calcul stochastique et opérateurs dégénérés du second ordre. I. Résolvantes, théorème de Hörmander et applications, Bull. Sci. Math., Volume 114 (1990) no. 4, pp. 421-462 | MR

[7] Patrick Cattiaux Calcul stochastique et opérateurs dégénérés du second ordre. II. Problème de Dirichlet, Bull. Sci. Math., Volume 115 (1991) no. 1, pp. 81-122 | MR

[8] Patrick Cattiaux; Arnaud Guillin Deviation bounds for additive functionals of Markov processes, ESAIM, Probab. Stat., Volume 12 (2008), pp. 12-29 | DOI | MR

[9] Patrick Cattiaux; Arnaud Guillin Functional inequalities via Lyapunov conditions, Optimal transportation (London Mathematical Society Lecture Note Series), Volume 413, Cambridge University Press, 2014, pp. 274-287 | MR

[10] Patrick Cattiaux; Arnaud Guillin Hitting times, functional inequalities, Lyapunov conditions and uniform ergodicity, J. Funct. Anal., Volume 272 (2017) no. 6, pp. 2361-2391 | DOI | MR

[11] Patrick Cattiaux; Arnaud Guillin; Pierre-André Zitt Poincaré inequalities and hitting times, Ann. Inst. Henri Poincaré, Probab. Stat., Volume 49 (2013) no. 1, pp. 95-118 | DOI | MR

[12] Jean Dolbeault; Clément Mouhot; Christian Schmeiser Hypocoercivity for linear kinetic equations conserving mass, Trans. Am. Math. Soc., Volume 367 (2015) no. 6, pp. 3807-3828 | DOI | MR

[13] Alain Durmus; Arnaud Guillin; Pierre Monmarché Geometric ergodicity of the Bouncy Particle Sampler, Ann. Appl. Probab., Volume 30 (2020) no. 5, pp. 2069-2098 | DOI

[14] Pierre Monmarché Hypocoercivité L 2 , inégalité de concentration, temps d’atteinte et fonctions de Lyapunov (2019) | arXiv

[15] Denis Talay Stochastic Hamiltonian systems: exponential convergence to the invariant measure, and discretization by the implicit Euler scheme, Markov Process. Relat. Fields, Volume 8 (2002) no. 2, pp. 163-198 | MR

[16] Liming Wu A deviation inequality for non-reversible Markov processes, Ann. Inst. Henri Poincaré, Probab. Stat., Volume 36 (2000) no. 4, pp. 435-445 | MR | Zbl

[17] Kosaku Yosida Functional analysis, Classics in Mathematics, Springer, 1995, xii+501 pages Reprint of the sixth (1980) edition | DOI | MR

Cité par Sources :