<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<!DOCTYPE document PUBLIC "-//CNX//DTD CNXML 0.5 plus MathML//EN" "http://cnx.rice.edu/cnxml/0.5/DTD/cnxml_mathml.dtd">
<document xmlns="http://cnx.rice.edu/cnxml" xmlns:m="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:bib="http://bibtexml.sf.net/" xmlns:md="http://cnx.rice.edu/mdml/0.4" id="id2253685">
  <name>Lower Performance Bounds for Estimators</name>
  <metadata>
  <md:version>1.2</md:version>
  <md:created>2008/08/13 13:57:34 GMT-5</md:created>
  <md:revised>2008/08/18 11:58:06.954 GMT-5</md:revised>
  <md:authorlist>
      <md:author id="nowak">
      <md:firstname>Robert</md:firstname>
      
      <md:surname>Nowak</md:surname>
      <md:email>nowak@engr.wisc.edu</md:email>
    </md:author>
      <md:author id="aarti">
      <md:firstname>Aarti</md:firstname>
      
      <md:surname>Singh</md:surname>
      <md:email>singh@cae.wisc.edu</md:email>
    </md:author>
      <md:author id="rcastro">
      <md:firstname>Rui</md:firstname>
      
      <md:surname>Castro</md:surname>
      <md:email>rcastro@rice.edu</md:email>
    </md:author>
  </md:authorlist>

  <md:maintainerlist>
    <md:maintainer id="nowak">
      <md:firstname>Robert</md:firstname>
      
      <md:surname>Nowak</md:surname>
      <md:email>nowak@engr.wisc.edu</md:email>
    </md:maintainer>
    <md:maintainer id="aarti">
      <md:firstname>Aarti</md:firstname>
      
      <md:surname>Singh</md:surname>
      <md:email>singh@cae.wisc.edu</md:email>
    </md:maintainer>
    <md:maintainer id="rcastro">
      <md:firstname>Rui</md:firstname>
      
      <md:surname>Castro</md:surname>
      <md:email>rcastro@rice.edu</md:email>
    </md:maintainer>
  </md:maintainerlist>
  
  <md:keywordlist>
    <md:keyword>classification</md:keyword>
    <md:keyword>lower performance bounds</md:keyword>
    <md:keyword>model selection</md:keyword>
    <md:keyword>regression</md:keyword>
  </md:keywordlist>

  <md:abstract/>
</metadata>
  <content>
    <section id="cid1">
      <name>Lower Performance Bounds</name>
      <para id="id2253707">In other modules, estimators/predictors are analyzed, in order to obtain upper
bounds on their performance. These bounds are of the form:</para>
      <equation id="id2253713">
        <m:math mode="display" overflow="scroll">
          <m:mrow>
            <m:munder>
              <m:mo movablelimits="true" form="prefix">min</m:mo>
              <m:mrow>
                <m:mi>f</m:mi>
                <m:mo>∈</m:mo>
                <m:mi mathvariant="script">F</m:mi>
              </m:mrow>
            </m:munder>
            <m:mi mathvariant="double-struck">E</m:mi>
            <m:mrow>
              <m:mo>[</m:mo>
              <m:mi>d</m:mi>
              <m:mrow>
                <m:mo>(</m:mo>
                <m:msub>
                  <m:mover accent="true">
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mo>^</m:mo>
                  </m:mover>
                  <m:mi>n</m:mi>
                </m:msub>
                <m:mo>,</m:mo>
                <m:mi>f</m:mi>
                <m:mo>)</m:mo>
              </m:mrow>
              <m:mo>]</m:mo>
            </m:mrow>
            <m:mo>≤</m:mo>
            <m:mi>C</m:mi>
            <m:msup>
              <m:mi>n</m:mi>
              <m:mrow>
                <m:mo>-</m:mo>
                <m:mi>γ</m:mi>
              </m:mrow>
            </m:msup>
          </m:mrow>
        </m:math>
      </equation>
      <para id="id2253799">where <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>γ</m:mi><m:mo>&gt;</m:mo><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:math>.
We would like to know if these bounds are tight, in the sense that there is no other
estimator that is significantly better. To answer this,
we need lower bounds like</para>
      <equation id="id2253822">
        <m:math mode="display" overflow="scroll">
          <m:mrow>
            <m:munder>
              <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
              <m:msub>
                <m:mover accent="true">
                  <m:mi>f</m:mi>
                  <m:mo>^</m:mo>
                </m:mover>
                <m:mi>n</m:mi>
              </m:msub>
            </m:munder>
            <m:munder>
              <m:mo movablelimits="true" form="prefix">sup</m:mo>
              <m:mrow>
                <m:mi>f</m:mi>
                <m:mo>∈</m:mo>
                <m:mi mathvariant="script">F</m:mi>
              </m:mrow>
            </m:munder>
            <m:mi mathvariant="double-struck">E</m:mi>
            <m:mrow>
              <m:mo>[</m:mo>
              <m:mi>d</m:mi>
              <m:mrow>
                <m:mo>(</m:mo>
                <m:msub>
                  <m:mover accent="true">
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mo>^</m:mo>
                  </m:mover>
                  <m:mi>n</m:mi>
                </m:msub>
                <m:mo>,</m:mo>
                <m:mi>f</m:mi>
                <m:mo>)</m:mo>
              </m:mrow>
              <m:mo>]</m:mo>
            </m:mrow>
            <m:mo>≥</m:mo>
            <m:mi>c</m:mi>
            <m:msup>
              <m:mi>n</m:mi>
              <m:mrow>
                <m:mo>-</m:mo>
                <m:mi>γ</m:mi>
              </m:mrow>
            </m:msup>
          </m:mrow>
        </m:math>
      </equation>
      <para id="id2253924">We assume we have the following ingredients:</para>
      <list id="id2253931" type="named-item">
        <item id="uid1"><name>*</name>Class of models, <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi mathvariant="script">F</m:mi><m:mo>⊆</m:mo><m:mi mathvariant="script">S</m:mi></m:mrow></m:math>. <m:math overflow="scroll"><m:mi mathvariant="script">F</m:mi></m:math> is a
class of models containing the “true" model and is a subset of some bigger class
<m:math overflow="scroll"><m:mi mathvariant="script">S</m:mi></m:math>. E.g. <m:math overflow="scroll"><m:mi mathvariant="script">F</m:mi></m:math> could be the class of
Lipschitz density functions or distributions <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mrow><m:mi>X</m:mi><m:mi>Y</m:mi></m:mrow></m:msub></m:math> satisfying the box-counting condition.
</item>
        <item id="uid2"><name>*</name>An observation model, <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi mathvariant="script">P</m:mi><m:mi>f</m:mi></m:msub></m:math>, indexed by <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>f</m:mi><m:mo>∈</m:mo><m:mi mathvariant="script">F</m:mi></m:mrow></m:math>. <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi mathvariant="script">P</m:mi><m:mi>f</m:mi></m:msub></m:math>
denotes the distribution of the data under model <m:math overflow="scroll"><m:mi>f</m:mi></m:math>. E.g. in regression and classification, this
is the distribution of <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>Z</m:mi><m:mo>=</m:mo><m:mo>(</m:mo><m:msub><m:mi>X</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub><m:mo>,</m:mo><m:msub><m:mi>Y</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub><m:mo>,</m:mo><m:mo>⋯</m:mo><m:mo>,</m:mo><m:msub><m:mi>X</m:mi><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mo>,</m:mo><m:msub><m:mi>Y</m:mi><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mo>)</m:mo><m:mo>⊆</m:mo><m:mi mathvariant="script">Z</m:mi></m:mrow></m:math>. We will assume that <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi mathvariant="script">P</m:mi><m:mi>f</m:mi></m:msub></m:math> is a probability measure on the
measurable space <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:mi mathvariant="script">Z</m:mi><m:mo>,</m:mo><m:mi mathvariant="script">B</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow></m:math>.
</item>
        <item id="uid3"><name>*</name>A performance metric <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>d</m:mi><m:mo>(</m:mo><m:mo>.</m:mo><m:mo>,</m:mo><m:mo>.</m:mo><m:mo>)</m:mo><m:mo>.</m:mo><m:mo>≥</m:mo><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:math>. If you have a model estimate <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>f</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub></m:math>, then the
performance of that model estimate relative to the true model <m:math overflow="scroll"><m:mi>f</m:mi></m:math> is <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>d</m:mi><m:mo>(</m:mo><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>f</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mo>,</m:mo><m:mi>f</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow></m:math>.
E.g.
<equation id="id2254535"><m:math mode="display" overflow="scroll"><m:mrow><m:mtext>Regression:</m:mtext><m:mspace width="28.45274pt"/><m:mi>d</m:mi><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>f</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mo>,</m:mo><m:mi>f</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>=</m:mo><m:mrow><m:mo>|</m:mo><m:mo>|</m:mo></m:mrow><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>f</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mo>-</m:mo><m:mi>f</m:mi><m:msub><m:mrow><m:mo>|</m:mo><m:mo>|</m:mo></m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:msub><m:mo>=</m:mo><m:msup><m:mfenced separators="" open="(" close=")"><m:mo>∫</m:mo><m:msup><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>f</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:mi>x</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>-</m:mo><m:mi>f</m:mi><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:mi>x</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:msup><m:mi>d</m:mi><m:mi>x</m:mi></m:mfenced><m:mrow><m:mn>1</m:mn><m:mo>/</m:mo><m:mn>2</m:mn></m:mrow></m:msup></m:mrow></m:math></equation><equation id="id2254681"><m:math mode="display" overflow="scroll"><m:mrow><m:mtext>Classification:</m:mtext><m:mspace width="28.45274pt"/><m:mi>d</m:mi><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>f</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mo>,</m:mo><m:mi>f</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>=</m:mo><m:mi>R</m:mi><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>G</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>-</m:mo><m:msup><m:mi>R</m:mi><m:mo>*</m:mo></m:msup><m:mo>=</m:mo><m:msub><m:mo>∫</m:mo><m:mrow><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>G</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mi>Δ</m:mi><m:msup><m:mi>G</m:mi><m:mo>*</m:mo></m:msup></m:mrow></m:msub><m:mrow><m:mo>|</m:mo><m:mn>2</m:mn><m:mi>η</m:mi><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:mi>x</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>-</m:mo><m:mn>1</m:mn><m:mo>|</m:mo></m:mrow><m:mi>d</m:mi><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mi>X</m:mi></m:msub><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:mi>x</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:math></equation></item>
      </list>
      <para id="id2254826">As before, we are interested in the risk of a learning rule, in particular the maximal risk given as:</para>
      <equation id="id2254833">
        <m:math mode="display" overflow="scroll">
          <m:mrow>
            <m:munder>
              <m:mo movablelimits="true" form="prefix">sup</m:mo>
              <m:mrow>
                <m:mi>f</m:mi>
                <m:mo>∈</m:mo>
                <m:mi mathvariant="script">F</m:mi>
              </m:mrow>
            </m:munder>
            <m:msub>
              <m:mi mathvariant="double-struck">E</m:mi>
              <m:mi>f</m:mi>
            </m:msub>
            <m:mrow>
              <m:mo>[</m:mo>
              <m:mi>d</m:mi>
              <m:mrow>
                <m:mo>(</m:mo>
                <m:msub>
                  <m:mover accent="true">
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mo>^</m:mo>
                  </m:mover>
                  <m:mi>n</m:mi>
                </m:msub>
                <m:mo>,</m:mo>
                <m:mi>f</m:mi>
                <m:mo>)</m:mo>
              </m:mrow>
              <m:mo>]</m:mo>
            </m:mrow>
            <m:mo>=</m:mo>
            <m:munder>
              <m:mo movablelimits="true" form="prefix">sup</m:mo>
              <m:mrow>
                <m:mi>f</m:mi>
                <m:mo>∈</m:mo>
                <m:mi mathvariant="script">F</m:mi>
              </m:mrow>
            </m:munder>
            <m:mo>∫</m:mo>
            <m:mi>d</m:mi>
            <m:mrow>
              <m:mo>(</m:mo>
              <m:msub>
                <m:mover accent="true">
                  <m:mi>f</m:mi>
                  <m:mo>^</m:mo>
                </m:mover>
                <m:mi>n</m:mi>
              </m:msub>
              <m:mrow>
                <m:mo>(</m:mo>
                <m:mi>Z</m:mi>
                <m:mo>)</m:mo>
              </m:mrow>
              <m:mo>,</m:mo>
              <m:mi>f</m:mi>
              <m:mo>)</m:mo>
            </m:mrow>
            <m:mi>d</m:mi>
            <m:msub>
              <m:mi mathvariant="script">P</m:mi>
              <m:mi>f</m:mi>
            </m:msub>
            <m:mrow>
              <m:mo>(</m:mo>
              <m:mi>Z</m:mi>
              <m:mo>)</m:mo>
            </m:mrow>
          </m:mrow>
        </m:math>
      </equation>
      <para id="id2254976">where <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>f</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub></m:math> is a function of the observations <m:math overflow="scroll"><m:mi>Z</m:mi></m:math> and <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi mathvariant="double-struck">E</m:mi><m:mi>f</m:mi></m:msub></m:math> denotes the
expectation with respect to <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi mathvariant="script">P</m:mi><m:mi>f</m:mi></m:msub></m:math>.</para>
      <para id="id2255042">The main goal is to get results of the form</para>
      <equation id="id2255048">
        <m:math mode="display" overflow="scroll">
          <m:mrow>
            <m:msubsup>
              <m:mi mathvariant="script">R</m:mi>
              <m:mi>n</m:mi>
              <m:mo>*</m:mo>
            </m:msubsup>
            <m:mover>
              <m:mo>=</m:mo>
              <m:mi>Δ</m:mi>
            </m:mover>
            <m:munder>
              <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
              <m:msub>
                <m:mover accent="true">
                  <m:mi>f</m:mi>
                  <m:mo>^</m:mo>
                </m:mover>
                <m:mi>n</m:mi>
              </m:msub>
            </m:munder>
            <m:munder>
              <m:mo movablelimits="true" form="prefix">sup</m:mo>
              <m:mrow>
                <m:mi>f</m:mi>
                <m:mo>∈</m:mo>
                <m:mi mathvariant="script">F</m:mi>
              </m:mrow>
            </m:munder>
            <m:mi mathvariant="double-struck">E</m:mi>
            <m:mrow>
              <m:mo>[</m:mo>
              <m:mi>d</m:mi>
              <m:mrow>
                <m:mo>(</m:mo>
                <m:msub>
                  <m:mover accent="true">
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mo>^</m:mo>
                  </m:mover>
                  <m:mi>n</m:mi>
                </m:msub>
                <m:mo>,</m:mo>
                <m:mi>f</m:mi>
                <m:mo>)</m:mo>
              </m:mrow>
              <m:mo>]</m:mo>
            </m:mrow>
            <m:mo>≥</m:mo>
            <m:mi>c</m:mi>
            <m:msub>
              <m:mi>s</m:mi>
              <m:mi>n</m:mi>
            </m:msub>
          </m:mrow>
        </m:math>
      </equation>
      <para id="id2255165">where <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>c</m:mi><m:mo>&gt;</m:mo><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:math> and <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:msub><m:mi>s</m:mi><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mo>→</m:mo><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:math> as <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>n</m:mi><m:mo>→</m:mo><m:mi>∞</m:mi></m:mrow></m:math>. The <m:math overflow="scroll"><m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo></m:math> is taken over all
estimators, i.e. all measurable functions <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>f</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mo>:</m:mo><m:mi mathvariant="script">Z</m:mi><m:mo>→</m:mo><m:mi mathvariant="script">S</m:mi></m:mrow></m:math>.</para>
      <para id="id2255268">Suppose we have shown that</para>
      <equation id="id2255274">
        <m:math mode="display" overflow="scroll">
          <m:mrow>
            <m:mspace width="85.35826pt"/>
            <m:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</m:mo>
            <m:munder>
              <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
              <m:mrow>
                <m:mi>n</m:mi>
                <m:mo>→</m:mo>
                <m:mi>∞</m:mi>
              </m:mrow>
            </m:munder>
            <m:msubsup>
              <m:mi>s</m:mi>
              <m:mi>n</m:mi>
              <m:mrow>
                <m:mo>-</m:mo>
                <m:mn>1</m:mn>
              </m:mrow>
            </m:msubsup>
            <m:msubsup>
              <m:mi mathvariant="script">R</m:mi>
              <m:mi>n</m:mi>
              <m:mo>*</m:mo>
            </m:msubsup>
            <m:mo>≥</m:mo>
            <m:mi>c</m:mi>
            <m:mo>&gt;</m:mo>
            <m:mn>0</m:mn>
            <m:mspace width="56.9055pt"/>
            <m:mtext>(A</m:mtext>
            <m:mspace width="4.pt"/>
            <m:mtext>lower</m:mtext>
            <m:mspace width="4.pt"/>
            <m:mtext>bound)</m:mtext>
          </m:mrow>
        </m:math>
      </equation>
      <para id="id2255364">and also that for a particular estimator <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>f</m:mi><m:mo>¯</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub></m:math></para>
      <equation id="id2255390">
        <m:math mode="display" overflow="scroll">
          <m:mrow>
            <m:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</m:mo>
            <m:munder>
              <m:mo movablelimits="true" form="prefix">sup</m:mo>
              <m:mrow>
                <m:mi>n</m:mi>
                <m:mo>→</m:mo>
                <m:mi>∞</m:mi>
              </m:mrow>
            </m:munder>
            <m:msubsup>
              <m:mi>s</m:mi>
              <m:mi>n</m:mi>
              <m:mrow>
                <m:mo>-</m:mo>
                <m:mn>1</m:mn>
              </m:mrow>
            </m:msubsup>
            <m:munder>
              <m:mo movablelimits="true" form="prefix">sup</m:mo>
              <m:mrow>
                <m:mi>f</m:mi>
                <m:mo>∈</m:mo>
                <m:mi mathvariant="script">F</m:mi>
              </m:mrow>
            </m:munder>
            <m:msub>
              <m:mi mathvariant="double-struck">E</m:mi>
              <m:mi>f</m:mi>
            </m:msub>
            <m:mrow>
              <m:mo>[</m:mo>
              <m:mi>d</m:mi>
              <m:mrow>
                <m:mo>(</m:mo>
                <m:msub>
                  <m:mover accent="true">
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mo>¯</m:mo>
                  </m:mover>
                  <m:mi>n</m:mi>
                </m:msub>
                <m:mo>,</m:mo>
                <m:mi>f</m:mi>
                <m:mo>)</m:mo>
              </m:mrow>
              <m:mo>]</m:mo>
            </m:mrow>
            <m:mo>≤</m:mo>
            <m:mi>C</m:mi>
          </m:mrow>
        </m:math>
      </equation>
      <equation id="id2255504">
        <m:math mode="display" overflow="scroll">
          <m:mrow>
            <m:mo>⟹</m:mo>
            <m:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</m:mo>
            <m:munder>
              <m:mo movablelimits="true" form="prefix">sup</m:mo>
              <m:mrow>
                <m:mi>n</m:mi>
                <m:mo>→</m:mo>
                <m:mi>∞</m:mi>
              </m:mrow>
            </m:munder>
            <m:msubsup>
              <m:mi>s</m:mi>
              <m:mi>n</m:mi>
              <m:mrow>
                <m:mo>-</m:mo>
                <m:mn>1</m:mn>
              </m:mrow>
            </m:msubsup>
            <m:msubsup>
              <m:mi mathvariant="script">R</m:mi>
              <m:mi>n</m:mi>
              <m:mo>*</m:mo>
            </m:msubsup>
            <m:mo>≤</m:mo>
            <m:mi>C</m:mi>
            <m:mo>,</m:mo>
          </m:mrow>
        </m:math>
      </equation>
      <para id="id2255574">We say that <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>s</m:mi><m:mi>n</m:mi></m:msub></m:math> is the optimal rate of convergence for this problem and that <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>f</m:mi><m:mo>¯</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub></m:math>
attains that rate.</para>
      <para id="id2255616">Note: Two rates of convergence <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>Ψ</m:mi><m:mi>n</m:mi></m:msub></m:math> and <m:math overflow="scroll"><m:msubsup><m:mi>Ψ</m:mi><m:mi>n</m:mi><m:mo>'</m:mo></m:msubsup></m:math> are equivalent, i.e.
<m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:msub><m:mi>Ψ</m:mi><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mo>≡</m:mo><m:msubsup><m:mi>Ψ</m:mi><m:mi>n</m:mi><m:mo>'</m:mo></m:msubsup></m:mrow></m:math> iff</para>
      <equation id="id2255685">
        <m:math mode="display" overflow="scroll">
          <m:mrow>
            <m:mn>0</m:mn>
            <m:mo>&lt;</m:mo>
            <m:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</m:mo>
            <m:munder>
              <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
              <m:mrow>
                <m:mi>n</m:mi>
                <m:mo>→</m:mo>
                <m:mi>∞</m:mi>
              </m:mrow>
            </m:munder>
            <m:mfrac>
              <m:msub>
                <m:mi>Ψ</m:mi>
                <m:mi>n</m:mi>
              </m:msub>
              <m:msubsup>
                <m:mi>Ψ</m:mi>
                <m:mi>n</m:mi>
                <m:mo>'</m:mo>
              </m:msubsup>
            </m:mfrac>
            <m:mo>≤</m:mo>
            <m:mo movablelimits="true" form="prefix">lim</m:mo>
            <m:munder>
              <m:mo movablelimits="true" form="prefix">sup</m:mo>
              <m:mrow>
                <m:mi>n</m:mi>
                <m:mo>→</m:mo>
                <m:mi>∞</m:mi>
              </m:mrow>
            </m:munder>
            <m:mfrac>
              <m:msub>
                <m:mi>Ψ</m:mi>
                <m:mi>n</m:mi>
              </m:msub>
              <m:msubsup>
                <m:mi>Ψ</m:mi>
                <m:mi>n</m:mi>
                <m:mo>'</m:mo>
              </m:msubsup>
            </m:mfrac>
            <m:mo>&lt;</m:mo>
            <m:mi>∞</m:mi>
          </m:mrow>
        </m:math>
      </equation>
      <section id="uid4">
        <name>General Reduction Scheme</name>
        <para id="id2255806">Instead of directly bounding the expected performance, we are going to prove stronger probability
bounds of the form</para>
        <equation id="id2255812">
          <m:math mode="display" overflow="scroll">
            <m:mrow>
              <m:munder>
                <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
                <m:msub>
                  <m:mover accent="true">
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mo>^</m:mo>
                  </m:mover>
                  <m:mi>n</m:mi>
                </m:msub>
              </m:munder>
              <m:munder>
                <m:mo movablelimits="true" form="prefix">sup</m:mo>
                <m:mrow>
                  <m:mi>f</m:mi>
                  <m:mo>∈</m:mo>
                  <m:mi mathvariant="script">F</m:mi>
                </m:mrow>
              </m:munder>
              <m:msub>
                <m:mi mathvariant="script">P</m:mi>
                <m:mi>f</m:mi>
              </m:msub>
              <m:mrow>
                <m:mo>(</m:mo>
                <m:mi>d</m:mi>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mover accent="true">
                      <m:mi>f</m:mi>
                      <m:mo>^</m:mo>
                    </m:mover>
                    <m:mi>n</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mo>,</m:mo>
                  <m:mi>f</m:mi>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>≥</m:mo>
                <m:msub>
                  <m:mi>s</m:mi>
                  <m:mi>n</m:mi>
                </m:msub>
                <m:mo>)</m:mo>
              </m:mrow>
              <m:mo>≥</m:mo>
              <m:mi>c</m:mi>
              <m:mo>&gt;</m:mo>
              <m:mn>0</m:mn>
            </m:mrow>
          </m:math>
        </equation>
        <para id="id2255927">These bounds can be readily converted to expected performance bounds using Markov's
inequality:</para>
        <equation id="id2255934">
          <m:math mode="display" overflow="scroll">
            <m:mrow>
              <m:msub>
                <m:mi mathvariant="script">P</m:mi>
                <m:mi>f</m:mi>
              </m:msub>
              <m:mrow>
                <m:mo>(</m:mo>
                <m:mi>d</m:mi>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mover accent="true">
                      <m:mi>f</m:mi>
                      <m:mo>^</m:mo>
                    </m:mover>
                    <m:mi>n</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mo>,</m:mo>
                  <m:mi>f</m:mi>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>≥</m:mo>
                <m:msub>
                  <m:mi>s</m:mi>
                  <m:mi>n</m:mi>
                </m:msub>
                <m:mo>)</m:mo>
              </m:mrow>
              <m:mo>≤</m:mo>
              <m:mfrac>
                <m:mrow>
                  <m:msub>
                    <m:mi mathvariant="double-struck">E</m:mi>
                    <m:mi>f</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mrow>
                    <m:mo>[</m:mo>
                    <m:mi>d</m:mi>
                    <m:mrow>
                      <m:mo>(</m:mo>
                      <m:msub>
                        <m:mover accent="true">
                          <m:mi>f</m:mi>
                          <m:mo>^</m:mo>
                        </m:mover>
                        <m:mi>n</m:mi>
                      </m:msub>
                      <m:mo>,</m:mo>
                      <m:mi>f</m:mi>
                      <m:mo>)</m:mo>
                    </m:mrow>
                    <m:mo>]</m:mo>
                  </m:mrow>
                </m:mrow>
                <m:msub>
                  <m:mi>s</m:mi>
                  <m:mi>n</m:mi>
                </m:msub>
              </m:mfrac>
            </m:mrow>
          </m:math>
        </equation>
        <para id="id2256049">Therefore it follows:</para>
        <equation id="id2256055">
          <m:math mode="display" overflow="scroll">
            <m:mrow>
              <m:munder>
                <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
                <m:msub>
                  <m:mover accent="true">
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mo>^</m:mo>
                  </m:mover>
                  <m:mi>n</m:mi>
                </m:msub>
              </m:munder>
              <m:munder>
                <m:mo movablelimits="true" form="prefix">sup</m:mo>
                <m:mrow>
                  <m:mi>f</m:mi>
                  <m:mo>∈</m:mo>
                  <m:mi mathvariant="script">F</m:mi>
                </m:mrow>
              </m:munder>
              <m:msub>
                <m:mi mathvariant="double-struck">E</m:mi>
                <m:mi>f</m:mi>
              </m:msub>
              <m:mrow>
                <m:mo>[</m:mo>
                <m:mi>d</m:mi>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mover accent="true">
                      <m:mi>f</m:mi>
                      <m:mo>^</m:mo>
                    </m:mover>
                    <m:mi>n</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mo>,</m:mo>
                  <m:mi>f</m:mi>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>]</m:mo>
              </m:mrow>
              <m:mo>≥</m:mo>
              <m:munder>
                <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
                <m:msub>
                  <m:mover accent="true">
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mo>^</m:mo>
                  </m:mover>
                  <m:mi>n</m:mi>
                </m:msub>
              </m:munder>
              <m:munder>
                <m:mo movablelimits="true" form="prefix">sup</m:mo>
                <m:mrow>
                  <m:mi>f</m:mi>
                  <m:mo>∈</m:mo>
                  <m:mi mathvariant="script">F</m:mi>
                </m:mrow>
              </m:munder>
              <m:msub>
                <m:mi>s</m:mi>
                <m:mi>n</m:mi>
              </m:msub>
              <m:msub>
                <m:mi mathvariant="script">P</m:mi>
                <m:mi>f</m:mi>
              </m:msub>
              <m:mrow>
                <m:mo>(</m:mo>
                <m:mi>d</m:mi>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mover accent="true">
                      <m:mi>f</m:mi>
                      <m:mo>^</m:mo>
                    </m:mover>
                    <m:mi>n</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mo>,</m:mo>
                  <m:mi>f</m:mi>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>≥</m:mo>
                <m:msub>
                  <m:mi>s</m:mi>
                  <m:mi>n</m:mi>
                </m:msub>
                <m:mo>)</m:mo>
              </m:mrow>
              <m:mo>≥</m:mo>
              <m:mi>c</m:mi>
              <m:msub>
                <m:mi>s</m:mi>
                <m:mi>n</m:mi>
              </m:msub>
            </m:mrow>
          </m:math>
        </equation>
        <section id="uid5">
          <name>First Reduction Step</name>
          <para id="id2256276">Reduce the original problem to an easier one by replacing the larger class <m:math overflow="scroll"><m:mi mathvariant="script">F</m:mi></m:math> with
a smaller finite class <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mo>{</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub><m:mo>,</m:mo><m:mo>⋯</m:mo><m:mo>,</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mi>M</m:mi></m:msub><m:mo>}</m:mo><m:mo>⊆</m:mo><m:mi mathvariant="script">F</m:mi></m:mrow></m:math>. Observe that</para>
          <equation id="id2256334">
            <m:math mode="display" overflow="scroll">
              <m:mrow>
                <m:munder>
                  <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mover accent="true">
                      <m:mi>f</m:mi>
                      <m:mo>^</m:mo>
                    </m:mover>
                    <m:mi>n</m:mi>
                  </m:msub>
                </m:munder>
                <m:munder>
                  <m:mo movablelimits="true" form="prefix">sup</m:mo>
                  <m:mrow>
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mo>∈</m:mo>
                    <m:mi mathvariant="script">F</m:mi>
                  </m:mrow>
                </m:munder>
                <m:msub>
                  <m:mi mathvariant="script">P</m:mi>
                  <m:mi>f</m:mi>
                </m:msub>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:mi>d</m:mi>
                  <m:mrow>
                    <m:mo>(</m:mo>
                    <m:msub>
                      <m:mover accent="true">
                        <m:mi>f</m:mi>
                        <m:mo>^</m:mo>
                      </m:mover>
                      <m:mi>n</m:mi>
                    </m:msub>
                    <m:mo>,</m:mo>
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mo>)</m:mo>
                  </m:mrow>
                  <m:mo>≥</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>s</m:mi>
                    <m:mi>n</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>≥</m:mo>
                <m:munder>
                  <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mover accent="true">
                      <m:mi>f</m:mi>
                      <m:mo>^</m:mo>
                    </m:mover>
                    <m:mi>n</m:mi>
                  </m:msub>
                </m:munder>
                <m:munder>
                  <m:mo movablelimits="true" form="prefix">sup</m:mo>
                  <m:mrow>
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mo>∈</m:mo>
                    <m:mo>{</m:mo>
                    <m:msub>
                      <m:mi>f</m:mi>
                      <m:mn>0</m:mn>
                    </m:msub>
                    <m:mo>,</m:mo>
                    <m:mo>⋯</m:mo>
                    <m:mo>,</m:mo>
                    <m:msub>
                      <m:mi>f</m:mi>
                      <m:mi>M</m:mi>
                    </m:msub>
                    <m:mo>}</m:mo>
                  </m:mrow>
                </m:munder>
                <m:msub>
                  <m:mi mathvariant="script">P</m:mi>
                  <m:mi>f</m:mi>
                </m:msub>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:mi>d</m:mi>
                  <m:mrow>
                    <m:mo>(</m:mo>
                    <m:msub>
                      <m:mover accent="true">
                        <m:mi>f</m:mi>
                        <m:mo>^</m:mo>
                      </m:mover>
                      <m:mi>n</m:mi>
                    </m:msub>
                    <m:mo>,</m:mo>
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mo>)</m:mo>
                  </m:mrow>
                  <m:mo>≥</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>s</m:mi>
                    <m:mi>n</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
              </m:mrow>
            </m:math>
          </equation>
          <para id="id2256559">The key idea is to choose a finite collection of models such that the resulting problem is as
hard as the original, otherwise the lower bound will not be tight.</para>
        </section>
        <section id="uid6">
          <name>Second Reduction Step</name>
          <para id="id2256578">Next, we reduce the problem to a hypotheses test. Ideally, we would like to have something like</para>
          <equation id="id2256583">
            <m:math mode="display" overflow="scroll">
              <m:mrow>
                <m:munder>
                  <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mover accent="true">
                      <m:mi>f</m:mi>
                      <m:mo>^</m:mo>
                    </m:mover>
                    <m:mi>n</m:mi>
                  </m:msub>
                </m:munder>
                <m:munder>
                  <m:mo movablelimits="true" form="prefix">sup</m:mo>
                  <m:mrow>
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mo>∈</m:mo>
                    <m:mi mathvariant="script">F</m:mi>
                  </m:mrow>
                </m:munder>
                <m:msub>
                  <m:mi mathvariant="script">P</m:mi>
                  <m:mi>f</m:mi>
                </m:msub>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:mi>d</m:mi>
                  <m:mrow>
                    <m:mo>(</m:mo>
                    <m:msub>
                      <m:mover accent="true">
                        <m:mi>f</m:mi>
                        <m:mo>^</m:mo>
                      </m:mover>
                      <m:mi>n</m:mi>
                    </m:msub>
                    <m:mo>,</m:mo>
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mo>)</m:mo>
                  </m:mrow>
                  <m:mo>≥</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>s</m:mi>
                    <m:mi>n</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>≥</m:mo>
                <m:munder>
                  <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mover accent="true">
                      <m:mi>f</m:mi>
                      <m:mo>^</m:mo>
                    </m:mover>
                    <m:mi>n</m:mi>
                  </m:msub>
                </m:munder>
                <m:munder>
                  <m:mo movablelimits="true" form="prefix">sup</m:mo>
                  <m:mrow>
                    <m:mi>j</m:mi>
                    <m:mo>∈</m:mo>
                    <m:mo>{</m:mo>
                    <m:mn>0</m:mn>
                    <m:mo>,</m:mo>
                    <m:mo>⋯</m:mo>
                    <m:mo>,</m:mo>
                    <m:mi>M</m:mi>
                    <m:mo>}</m:mo>
                  </m:mrow>
                </m:munder>
                <m:msub>
                  <m:mi mathvariant="script">P</m:mi>
                  <m:msub>
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mi>j</m:mi>
                  </m:msub>
                </m:msub>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mover accent="true">
                      <m:mi>h</m:mi>
                      <m:mo>^</m:mo>
                    </m:mover>
                    <m:mi>n</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mrow>
                    <m:mo>(</m:mo>
                    <m:mi>Z</m:mi>
                    <m:mo>)</m:mo>
                  </m:mrow>
                  <m:mo>≠</m:mo>
                  <m:mi>j</m:mi>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
              </m:mrow>
            </m:math>
          </equation>
          <para id="id2256792">The <m:math overflow="scroll"><m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo></m:math> is over all measurable test functions</para>
          <equation id="id2256812">
            <m:math mode="display" overflow="scroll">
              <m:mrow>
                <m:msub>
                  <m:mover accent="true">
                    <m:mi>h</m:mi>
                    <m:mo>^</m:mo>
                  </m:mover>
                  <m:mi>n</m:mi>
                </m:msub>
                <m:mo>:</m:mo>
                <m:mi mathvariant="script">Z</m:mi>
                <m:mo>→</m:mo>
                <m:mrow>
                  <m:mo>{</m:mo>
                  <m:mn>0</m:mn>
                  <m:mo>,</m:mo>
                  <m:mo>⋯</m:mo>
                  <m:mo>,</m:mo>
                  <m:mi>M</m:mi>
                  <m:mo>}</m:mo>
                </m:mrow>
              </m:mrow>
            </m:math>
          </equation>
          <para id="id2256863">and <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:msub><m:mi mathvariant="script">P</m:mi><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mi>j</m:mi></m:msub></m:msub><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>h</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:mi>Z</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>≠</m:mo><m:mi>j</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:math> denotes the probability that after observing the
data, the test infers the wrong hypothesis.</para>
          <para id="id2256924">This might not always be true or easy to show, but in certain scenarios it can be done.
Suppose <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>d</m:mi><m:mo>(</m:mo><m:mo>.</m:mo><m:mo>,</m:mo><m:mo>.</m:mo><m:mo>)</m:mo></m:mrow></m:math> is a semi-distance, i.e. it satisfies</para>
          <list id="id2256953" type="named-item">
            <item id="uid7"><name>(i)</name><m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>d</m:mi><m:mo>(</m:mo><m:mi>f</m:mi><m:mo>,</m:mo><m:mi>g</m:mi><m:mo>)</m:mo><m:mo>=</m:mo><m:mi>d</m:mi><m:mo>(</m:mo><m:mi>g</m:mi><m:mo>,</m:mo><m:mi>f</m:mi><m:mo>)</m:mo><m:mo>≥</m:mo><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:math> (Symmetric)
</item>
            <item id="uid8">
              <name>(ii)</name>
              <equation id="id2257014">
                <m:math overflow="scroll">
                  <m:mrow>
                    <m:mi>d</m:mi>
                    <m:mo>(</m:mo>
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mo>,</m:mo>
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mo>)</m:mo>
                    <m:mo>=</m:mo>
                    <m:mn>0</m:mn>
                  </m:mrow>
                </m:math>
              </equation>
            </item>
            <item id="uid9"><name>(iii)</name><m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>d</m:mi><m:mo>(</m:mo><m:mi>f</m:mi><m:mo>,</m:mo><m:mi>g</m:mi><m:mo>)</m:mo><m:mo>≤</m:mo><m:mi>d</m:mi><m:mo>(</m:mo><m:mi>h</m:mi><m:mo>,</m:mo><m:mi>f</m:mi><m:mo>)</m:mo><m:mo>+</m:mo><m:mi>d</m:mi><m:mo>(</m:mo><m:mi>h</m:mi><m:mo>,</m:mo><m:mi>g</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow></m:math> (Triangle inequality)
</item>
          </list>
          <para id="id2257107">E.g. with <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>f</m:mi><m:mo>,</m:mo><m:mi>g</m:mi><m:mo>:</m:mo><m:msup><m:mi mathvariant="double-struck">R</m:mi><m:mi>d</m:mi></m:msup><m:mo>→</m:mo><m:mi mathvariant="double-struck">R</m:mi><m:mo>,</m:mo><m:mi>d</m:mi><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:mi>f</m:mi><m:mo>,</m:mo><m:mi>g</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mover><m:mo>=</m:mo><m:mi>Δ</m:mi></m:mover><m:mrow><m:mo>|</m:mo><m:mo>|</m:mo><m:mi>f</m:mi></m:mrow><m:mo>-</m:mo><m:msub><m:mrow><m:mi>g</m:mi><m:mo>|</m:mo><m:mo>|</m:mo></m:mrow><m:mn>2</m:mn></m:msub></m:mrow></m:math>.</para>
          <para id="id2257188">Lemma 1 
Suppose <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>d</m:mi><m:mo>(</m:mo><m:mo>.</m:mo><m:mo>,</m:mo><m:mo>.</m:mo><m:mo>)</m:mo></m:mrow></m:math> is a semi-distance. Also suppose that we have constructed <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub><m:mo>,</m:mo><m:mo>⋯</m:mo><m:mo>,</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mi>M</m:mi></m:msub></m:mrow></m:math>
s.t. <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>d</m:mi><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mi>j</m:mi></m:msub><m:mo>,</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mi>k</m:mi></m:msub><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>≥</m:mo><m:mn>2</m:mn><m:msub><m:mi>s</m:mi><m:mi>n</m:mi></m:msub></m:mrow></m:math>, <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mo>∀</m:mo><m:mi>j</m:mi><m:mo>≠</m:mo><m:mi>k</m:mi></m:mrow></m:math>. Take any estimator <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>f</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub></m:math> and
define the test: <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:msup><m:mi>Ψ</m:mi><m:mo>*</m:mo></m:msup><m:mo>∘</m:mo><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>f</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mo>:</m:mo><m:mi mathvariant="script">Z</m:mi><m:mo>→</m:mo><m:mrow><m:mo>{</m:mo><m:mn>0</m:mn><m:mo>,</m:mo><m:mo>⋯</m:mo><m:mo>,</m:mo><m:mi>M</m:mi><m:mo>}</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:math> as</para>
          <equation id="id2257389">
            <m:math mode="display" overflow="scroll">
              <m:mrow>
                <m:msup>
                  <m:mi>Ψ</m:mi>
                  <m:mo>*</m:mo>
                </m:msup>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mover accent="true">
                      <m:mi>f</m:mi>
                      <m:mo>^</m:mo>
                    </m:mover>
                    <m:mi>n</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>=</m:mo>
                <m:mo form="prefix">arg</m:mo>
                <m:munder>
                  <m:mo movablelimits="true" form="prefix">min</m:mo>
                  <m:mi>j</m:mi>
                </m:munder>
                <m:mi>d</m:mi>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mover accent="true">
                      <m:mi>f</m:mi>
                      <m:mo>^</m:mo>
                    </m:mover>
                    <m:mi>n</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mo>,</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mi>j</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
              </m:mrow>
            </m:math>
          </equation>
          <para id="id2257476">Then <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:msup><m:mi>Ψ</m:mi><m:mo>*</m:mo></m:msup><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>f</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>≠</m:mo><m:mi>j</m:mi></m:mrow></m:math>, implies <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>d</m:mi><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>f</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mo>,</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mi>j</m:mi></m:msub><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>≥</m:mo><m:msub><m:mi>s</m:mi><m:mi>n</m:mi></m:msub></m:mrow></m:math>.</para>
          <para id="id2257579">Suppose <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:msup><m:mi>Ψ</m:mi><m:mo>*</m:mo></m:msup><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>f</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>≠</m:mo><m:mi>j</m:mi><m:mo>⟺</m:mo><m:mo>∃</m:mo><m:mi>k</m:mi><m:mo>≠</m:mo><m:mi>j</m:mi><m:mo>:</m:mo><m:mi>d</m:mi><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>f</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mo>,</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mi>k</m:mi></m:msub><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>≤</m:mo><m:mi>d</m:mi><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>f</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mo>,</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mi>j</m:mi></m:msub><m:mo>)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:math>. Now</para>
          <equation id="id2257701">
            <m:math mode="display" overflow="scroll">
              <m:mrow>
                <m:mn>2</m:mn>
                <m:msub>
                  <m:mi>s</m:mi>
                  <m:mi>n</m:mi>
                </m:msub>
                <m:mo>≤</m:mo>
                <m:mi>d</m:mi>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mi>j</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mo>,</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mi>k</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>≤</m:mo>
                <m:mi>d</m:mi>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mover accent="true">
                      <m:mi>f</m:mi>
                      <m:mo>^</m:mo>
                    </m:mover>
                    <m:mi>n</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mo>,</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mi>j</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>+</m:mo>
                <m:mi>d</m:mi>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mover accent="true">
                      <m:mi>f</m:mi>
                      <m:mo>^</m:mo>
                    </m:mover>
                    <m:mi>n</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mo>,</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mi>k</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>≤</m:mo>
                <m:mn>2</m:mn>
                <m:mi>d</m:mi>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mover accent="true">
                      <m:mi>f</m:mi>
                      <m:mo>^</m:mo>
                    </m:mover>
                    <m:mi>n</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mo>,</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mi>j</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
              </m:mrow>
            </m:math>
          </equation>
          <equation id="id2257851">
            <m:math mode="display" overflow="scroll">
              <m:mrow>
                <m:mo>⟹</m:mo>
                <m:mi>d</m:mi>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mover accent="true">
                      <m:mi>f</m:mi>
                      <m:mo>^</m:mo>
                    </m:mover>
                    <m:mi>n</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mo>,</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mi>j</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>≥</m:mo>
                <m:msub>
                  <m:mi>s</m:mi>
                  <m:mi>n</m:mi>
                </m:msub>
              </m:mrow>
            </m:math>
          </equation>
          <para id="id2257904"/>
          <para id="id2257927">The previous lemma implies that</para>
          <equation id="id2257933">
            <m:math mode="display" overflow="scroll">
              <m:mrow>
                <m:msub>
                  <m:mi mathvariant="script">P</m:mi>
                  <m:msub>
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mi>j</m:mi>
                  </m:msub>
                </m:msub>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:mi>d</m:mi>
                  <m:mrow>
                    <m:mo>(</m:mo>
                    <m:msub>
                      <m:mover accent="true">
                        <m:mi>f</m:mi>
                        <m:mo>^</m:mo>
                      </m:mover>
                      <m:mi>n</m:mi>
                    </m:msub>
                    <m:mo>,</m:mo>
                    <m:msub>
                      <m:mi>f</m:mi>
                      <m:mi>j</m:mi>
                    </m:msub>
                    <m:mo>)</m:mo>
                  </m:mrow>
                  <m:mo>≥</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>s</m:mi>
                    <m:mi>n</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>≥</m:mo>
                <m:msub>
                  <m:mi mathvariant="script">P</m:mi>
                  <m:msub>
                    <m:mi>f</m:mi>
                    <m:mi>j</m:mi>
                  </m:msub>
                </m:msub>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:msup>
                    <m:mi>Ψ</m:mi>
                    <m:mo>*</m:mo>
                  </m:msup>
                  <m:mrow>
                    <m:mo>(</m:mo>
                    <m:msub>
                      <m:mover accent="true">
                        <m:mi>f</m:mi>
                        <m:mo>^</m:mo>
                      </m:mover>
                      <m:mi>n</m:mi>
                    </m:msub>
                    <m:mo>)</m:mo>
                  </m:mrow>
                  <m:mo>≠</m:mo>
                  <m:mi>j</m:mi>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
              </m:mrow>
            </m:math>
          </equation>
          <para id="id2258059">Therefore,</para>
          <equation id="id2258064">
            <m:math mode="display" overflow="scroll">
              <m:mtable displaystyle="true">
                <m:mtr>
                  <m:mtd columnalign="right">
                    <m:mrow>
                      <m:munder>
                        <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mover accent="true">
                            <m:mi>f</m:mi>
                            <m:mo>^</m:mo>
                          </m:mover>
                          <m:mi>n</m:mi>
                        </m:msub>
                      </m:munder>
                      <m:munder>
                        <m:mo movablelimits="true" form="prefix">sup</m:mo>
                        <m:mrow>
                          <m:mi>f</m:mi>
                          <m:mo>∈</m:mo>
                          <m:mi mathvariant="script">F</m:mi>
                        </m:mrow>
                      </m:munder>
                      <m:msub>
                        <m:mi mathvariant="script">P</m:mi>
                        <m:msub>
                          <m:mi>f</m:mi>
                          <m:mi>j</m:mi>
                        </m:msub>
                      </m:msub>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>(</m:mo>
                        <m:mi>d</m:mi>
                        <m:mrow>
                          <m:mo>(</m:mo>
                          <m:msub>
                            <m:mover accent="true">
                              <m:mi>f</m:mi>
                              <m:mo>^</m:mo>
                            </m:mover>
                            <m:mi>n</m:mi>
                          </m:msub>
                          <m:mo>,</m:mo>
                          <m:msub>
                            <m:mi>f</m:mi>
                            <m:mi>j</m:mi>
                          </m:msub>
                          <m:mo>)</m:mo>
                        </m:mrow>
                        <m:mo>≥</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>s</m:mi>
                          <m:mi>n</m:mi>
                        </m:msub>
                        <m:mo>)</m:mo>
                      </m:mrow>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>≥</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:mrow>
                      <m:munder>
                        <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mover accent="true">
                            <m:mi>f</m:mi>
                            <m:mo>^</m:mo>
                          </m:mover>
                          <m:mi>n</m:mi>
                        </m:msub>
                      </m:munder>
                      <m:munder>
                        <m:mo movablelimits="true" form="prefix">max</m:mo>
                        <m:mrow>
                          <m:mi>f</m:mi>
                          <m:mo>∈</m:mo>
                          <m:mo>{</m:mo>
                          <m:msub>
                            <m:mi>f</m:mi>
                            <m:mn>0</m:mn>
                          </m:msub>
                          <m:mo>,</m:mo>
                          <m:mo>⋯</m:mo>
                          <m:mo>,</m:mo>
                          <m:msub>
                            <m:mi>f</m:mi>
                            <m:mi>M</m:mi>
                          </m:msub>
                          <m:mo>}</m:mo>
                        </m:mrow>
                      </m:munder>
                      <m:msub>
                        <m:mi mathvariant="script">P</m:mi>
                        <m:msub>
                          <m:mi>f</m:mi>
                          <m:mi>j</m:mi>
                        </m:msub>
                      </m:msub>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>(</m:mo>
                        <m:mi>d</m:mi>
                        <m:mrow>
                          <m:mo>(</m:mo>
                          <m:msub>
                            <m:mover accent="true">
                              <m:mi>f</m:mi>
                              <m:mo>^</m:mo>
                            </m:mover>
                            <m:mi>n</m:mi>
                          </m:msub>
                          <m:mo>,</m:mo>
                          <m:msub>
                            <m:mi>f</m:mi>
                            <m:mi>j</m:mi>
                          </m:msub>
                          <m:mo>)</m:mo>
                        </m:mrow>
                        <m:mo>≥</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>s</m:mi>
                          <m:mi>n</m:mi>
                        </m:msub>
                        <m:mo>)</m:mo>
                      </m:mrow>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
                <m:mtr>
                  <m:mtd/>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>≥</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:mrow>
                      <m:munder>
                        <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mover accent="true">
                            <m:mi>f</m:mi>
                            <m:mo>^</m:mo>
                          </m:mover>
                          <m:mi>n</m:mi>
                        </m:msub>
                      </m:munder>
                      <m:munder>
                        <m:mo movablelimits="true" form="prefix">max</m:mo>
                        <m:mrow>
                          <m:mi>j</m:mi>
                          <m:mo>∈</m:mo>
                          <m:mo>{</m:mo>
                          <m:mn>0</m:mn>
                          <m:mo>,</m:mo>
                          <m:mo>⋯</m:mo>
                          <m:mo>,</m:mo>
                          <m:mi>M</m:mi>
                          <m:mo>}</m:mo>
                        </m:mrow>
                      </m:munder>
                      <m:msub>
                        <m:mi mathvariant="script">P</m:mi>
                        <m:msub>
                          <m:mi>f</m:mi>
                          <m:mi>j</m:mi>
                        </m:msub>
                      </m:msub>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>(</m:mo>
                        <m:msup>
                          <m:mi>Ψ</m:mi>
                          <m:mo>*</m:mo>
                        </m:msup>
                        <m:mrow>
                          <m:mo>(</m:mo>
                          <m:msub>
                            <m:mover accent="true">
                              <m:mi>f</m:mi>
                              <m:mo>^</m:mo>
                            </m:mover>
                            <m:mi>n</m:mi>
                          </m:msub>
                          <m:mo>)</m:mo>
                        </m:mrow>
                        <m:mo>≠</m:mo>
                        <m:mi>j</m:mi>
                        <m:mo>)</m:mo>
                      </m:mrow>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
                <m:mtr>
                  <m:mtd/>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>≥</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:mrow>
                      <m:munder>
                        <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mover accent="true">
                            <m:mi>h</m:mi>
                            <m:mo>^</m:mo>
                          </m:mover>
                          <m:mi>n</m:mi>
                        </m:msub>
                      </m:munder>
                      <m:munder>
                        <m:mo movablelimits="true" form="prefix">max</m:mo>
                        <m:mrow>
                          <m:mi>j</m:mi>
                          <m:mo>∈</m:mo>
                          <m:mo>{</m:mo>
                          <m:mn>0</m:mn>
                          <m:mo>,</m:mo>
                          <m:mo>⋯</m:mo>
                          <m:mo>,</m:mo>
                          <m:mi>M</m:mi>
                          <m:mo>}</m:mo>
                        </m:mrow>
                      </m:munder>
                      <m:msub>
                        <m:mi mathvariant="script">P</m:mi>
                        <m:mi>j</m:mi>
                      </m:msub>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>(</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mover accent="true">
                            <m:mi>h</m:mi>
                            <m:mo>^</m:mo>
                          </m:mover>
                          <m:mi>n</m:mi>
                        </m:msub>
                        <m:mo>≠</m:mo>
                        <m:mi>j</m:mi>
                        <m:mo>)</m:mo>
                      </m:mrow>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
                <m:mtr>
                  <m:mtd/>
                  <m:mtd>
                    <m:mover>
                      <m:mo>=</m:mo>
                      <m:mi>Δ</m:mi>
                    </m:mover>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:msub>
                      <m:mi>P</m:mi>
                      <m:mrow>
                        <m:mi>e</m:mi>
                        <m:mo>,</m:mo>
                        <m:mi>M</m:mi>
                      </m:mrow>
                    </m:msub>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
              </m:mtable>
            </m:math>
          </equation>
          <para id="id2258567">The third step follows since we are replacing the class of tests defined by <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:msup><m:mi>Ψ</m:mi><m:mo>*</m:mo></m:msup><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>f</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mo>)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:math>
by a larger class of ALL possible tests <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>h</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub></m:math>, and hence the <m:math overflow="scroll"><m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo></m:math> taken over the larger
class is smaller.</para>
          <para id="id2258645">Now our goal throughout is going to be to find lower bounds for <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mrow><m:mi>e</m:mi><m:mo>,</m:mo><m:mi>M</m:mi></m:mrow></m:msub></m:math>.</para>
          <para id="id2258672">So we need to construct <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub><m:mo>,</m:mo><m:mo>⋯</m:mo><m:mo>,</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mi>M</m:mi></m:msub></m:mrow></m:math> s.t. <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>d</m:mi><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mi>j</m:mi></m:msub><m:mo>,</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mi>k</m:mi></m:msub><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>≥</m:mo><m:mn>2</m:mn><m:msub><m:mi>s</m:mi><m:mi>n</m:mi></m:msub></m:mrow></m:math>, <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>j</m:mi><m:mo>≠</m:mo><m:mi>k</m:mi></m:mrow></m:math> and <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mrow><m:mi>e</m:mi><m:mo>,</m:mo><m:mi>M</m:mi></m:mrow></m:msub><m:mo>≥</m:mo><m:mi>c</m:mi><m:mo>&gt;</m:mo><m:mn>0</m:mn></m:mrow></m:math>.
Observe that this requires careful construction since the first condition necessitates that <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mi>j</m:mi></m:msub></m:math> and <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mi>k</m:mi></m:msub></m:math>
are far from each other, while the second condition requires that <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mi>j</m:mi></m:msub></m:math> and <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mi>k</m:mi></m:msub></m:math> are close enough so that
it is harder to distinguish them based on a given sample of data, and hence the prob of error <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mrow><m:mi>e</m:mi><m:mo>,</m:mo><m:mi>M</m:mi></m:mrow></m:msub></m:math> is
bounded away from 0.</para>
          <para id="id2258876">We now try to lower bound the prob of error <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mrow><m:mi>e</m:mi><m:mo>,</m:mo><m:mi>M</m:mi></m:mrow></m:msub></m:math>. We first consider the case <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>M</m:mi><m:mo>=</m:mo><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:math>, corresponding to
binary hypothesis testing.</para>
          <para id="id2258918">M = 1:
 Let <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:math> and <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:math> denote the two probability measures,
i.e. distributions of the data under models 0 and 1. Clearly if <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:math> and <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:math> are very “close",
then it is hard to distinguish the two hypotheses, and so <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mrow><m:mi>e</m:mi><m:mo>,</m:mo><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:msub></m:math> is large.</para>
          <para id="id2259010">A natural measure between probability measures is the total variation
, defined as:</para>
          <equation id="id2259020">
            <m:math mode="display" overflow="scroll">
              <m:mrow>
                <m:mi>V</m:mi>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>P</m:mi>
                    <m:mn>0</m:mn>
                  </m:msub>
                  <m:mo>,</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>P</m:mi>
                    <m:mn>1</m:mn>
                  </m:msub>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>=</m:mo>
                <m:munder>
                  <m:mo movablelimits="true" form="prefix">sup</m:mo>
                  <m:mi>A</m:mi>
                </m:munder>
                <m:mrow>
                  <m:mo>|</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:msub>
                  <m:mi>P</m:mi>
                  <m:mn>0</m:mn>
                </m:msub>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:mi>A</m:mi>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>-</m:mo>
                <m:msub>
                  <m:mi>P</m:mi>
                  <m:mn>1</m:mn>
                </m:msub>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:mi>A</m:mi>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mrow>
                  <m:mo>|</m:mo>
                  <m:mo>=</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:munder>
                  <m:mo movablelimits="true" form="prefix">sup</m:mo>
                  <m:mi>A</m:mi>
                </m:munder>
                <m:mrow>
                  <m:mo>|</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mo>∫</m:mo>
                    <m:mi>A</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:msub>
                    <m:mi>p</m:mi>
                    <m:mn>0</m:mn>
                  </m:msub>
                  <m:mrow>
                    <m:mo>(</m:mo>
                    <m:mi>Z</m:mi>
                    <m:mo>)</m:mo>
                  </m:mrow>
                  <m:mo>-</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>p</m:mi>
                    <m:mn>1</m:mn>
                  </m:msub>
                  <m:mrow>
                    <m:mo>(</m:mo>
                    <m:mi>Z</m:mi>
                    <m:mo>)</m:mo>
                  </m:mrow>
                  <m:mi>d</m:mi>
                  <m:mi>ν</m:mi>
                  <m:mrow>
                    <m:mo>(</m:mo>
                    <m:mi>Z</m:mi>
                    <m:mo>)</m:mo>
                  </m:mrow>
                  <m:mo>|</m:mo>
                </m:mrow>
              </m:mrow>
            </m:math>
          </equation>
          <para id="id2259178">where <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>p</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:math> and <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>p</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:math> are the densities of <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:math> and <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:math> with respect to a common dominating measure
<m:math overflow="scroll"><m:mi>ν</m:mi></m:math> and <m:math overflow="scroll"><m:mi>A</m:mi></m:math> is any subset of
the domain. We will lower bound the prob of error <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mrow><m:mi>e</m:mi><m:mo>,</m:mo><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:msub></m:math> using the total variation distance. But first,
we establish the following lemma.</para>
          <para id="id2259283">Scheffe's lemma
</para>
          <equation id="id2259292">
            <m:math mode="display" overflow="scroll">
              <m:mtable displaystyle="true">
                <m:mtr>
                  <m:mtd columnalign="right">
                    <m:mrow>
                      <m:mi>V</m:mi>
                      <m:mo>(</m:mo>
                      <m:msub>
                        <m:mi>P</m:mi>
                        <m:mn>0</m:mn>
                      </m:msub>
                      <m:mo>,</m:mo>
                      <m:msub>
                        <m:mi>P</m:mi>
                        <m:mn>1</m:mn>
                      </m:msub>
                      <m:mo>)</m:mo>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>=</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:mrow>
                      <m:mfrac>
                        <m:mn>1</m:mn>
                        <m:mn>2</m:mn>
                      </m:mfrac>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>∫</m:mo>
                        <m:mo>|</m:mo>
                      </m:mrow>
                      <m:msub>
                        <m:mi>p</m:mi>
                        <m:mn>0</m:mn>
                      </m:msub>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>(</m:mo>
                        <m:mi>Z</m:mi>
                        <m:mo>)</m:mo>
                      </m:mrow>
                      <m:mo>-</m:mo>
                      <m:msub>
                        <m:mi>p</m:mi>
                        <m:mn>1</m:mn>
                      </m:msub>
                      <m:mrow>
                        <m:mrow>
                          <m:mo>(</m:mo>
                          <m:mi>Z</m:mi>
                          <m:mo>)</m:mo>
                        </m:mrow>
                        <m:mo>|</m:mo>
                        <m:mi>d</m:mi>
                        <m:mi>ν</m:mi>
                        <m:mrow>
                          <m:mo>(</m:mo>
                          <m:mi>Z</m:mi>
                          <m:mo>)</m:mo>
                        </m:mrow>
                        <m:mo>=</m:mo>
                      </m:mrow>
                      <m:mfrac>
                        <m:mn>1</m:mn>
                        <m:mn>2</m:mn>
                      </m:mfrac>
                      <m:mo>∫</m:mo>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>|</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>p</m:mi>
                          <m:mn>0</m:mn>
                        </m:msub>
                        <m:mo>-</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>p</m:mi>
                          <m:mn>1</m:mn>
                        </m:msub>
                        <m:mo>|</m:mo>
                      </m:mrow>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
                <m:mtr>
                  <m:mtd/>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>=</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:mrow>
                      <m:mn>1</m:mn>
                      <m:mo>-</m:mo>
                      <m:mo>∫</m:mo>
                      <m:mo movablelimits="true" form="prefix">min</m:mo>
                      <m:mo>(</m:mo>
                      <m:msub>
                        <m:mi>p</m:mi>
                        <m:mn>0</m:mn>
                      </m:msub>
                      <m:mo>,</m:mo>
                      <m:msub>
                        <m:mi>p</m:mi>
                        <m:mn>1</m:mn>
                      </m:msub>
                      <m:mo>)</m:mo>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
              </m:mtable>
            </m:math>
          </equation>
          <para id="id2259478"> Recall the definition of the total variation distance:</para>
          <equation id="id2259492">
            <m:math mode="display" overflow="scroll">
              <m:mrow>
                <m:mi>V</m:mi>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>P</m:mi>
                    <m:mn>0</m:mn>
                  </m:msub>
                  <m:mo>,</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>P</m:mi>
                    <m:mn>1</m:mn>
                  </m:msub>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>=</m:mo>
                <m:munder>
                  <m:mo movablelimits="true" form="prefix">sup</m:mo>
                  <m:mi>A</m:mi>
                </m:munder>
                <m:mrow>
                  <m:mo>|</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mo>∫</m:mo>
                    <m:mi>A</m:mi>
                  </m:msub>
                  <m:msub>
                    <m:mi>p</m:mi>
                    <m:mn>0</m:mn>
                  </m:msub>
                  <m:mo>-</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>p</m:mi>
                    <m:mn>1</m:mn>
                  </m:msub>
                  <m:mo>|</m:mo>
                </m:mrow>
              </m:mrow>
            </m:math>
          </equation>
          <para id="id2259571">Observe that the set <m:math overflow="scroll"><m:mi>A</m:mi></m:math> maximizing the right hand side is given by either
<m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mo>{</m:mo><m:mi>Z</m:mi><m:mo>∈</m:mo><m:mi mathvariant="script">Z</m:mi><m:mo>:</m:mo><m:msub><m:mi>p</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:mi>Z</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>≥</m:mo><m:msub><m:mi>p</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:mi>Z</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>}</m:mo></m:mrow></m:math> or <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mo>{</m:mo><m:mi>Z</m:mi><m:mo>∈</m:mo><m:mi mathvariant="script">Z</m:mi><m:mo>:</m:mo><m:msub><m:mi>p</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:mi>Z</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>≥</m:mo><m:msub><m:mi>p</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:mi>Z</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>}</m:mo></m:mrow></m:math>.</para>
          <para id="id2259699">Let us pick <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:msub><m:mi>A</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub><m:mo>=</m:mo><m:mrow><m:mo>{</m:mo><m:mi>Z</m:mi><m:mo>∈</m:mo><m:mi mathvariant="script">Z</m:mi><m:mo>:</m:mo><m:msub><m:mi>p</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:mi>Z</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>≥</m:mo><m:msub><m:mi>p</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:mi>Z</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>}</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:math>. Then</para>
          <equation id="id2259771">
            <m:math mode="display" overflow="scroll">
              <m:mrow>
                <m:mi>V</m:mi>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>P</m:mi>
                    <m:mn>0</m:mn>
                  </m:msub>
                  <m:mo>,</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>P</m:mi>
                    <m:mn>1</m:mn>
                  </m:msub>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>=</m:mo>
                <m:msub>
                  <m:mo>∫</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>A</m:mi>
                    <m:mn>0</m:mn>
                  </m:msub>
                </m:msub>
                <m:msub>
                  <m:mi>p</m:mi>
                  <m:mn>0</m:mn>
                </m:msub>
                <m:mo>-</m:mo>
                <m:msub>
                  <m:mi>p</m:mi>
                  <m:mn>1</m:mn>
                </m:msub>
                <m:mo>=</m:mo>
                <m:mo>-</m:mo>
                <m:msub>
                  <m:mo>∫</m:mo>
                  <m:msubsup>
                    <m:mi>A</m:mi>
                    <m:mn>0</m:mn>
                    <m:mi>c</m:mi>
                  </m:msubsup>
                </m:msub>
                <m:msub>
                  <m:mi>p</m:mi>
                  <m:mn>0</m:mn>
                </m:msub>
                <m:mo>-</m:mo>
                <m:msub>
                  <m:mi>p</m:mi>
                  <m:mn>1</m:mn>
                </m:msub>
                <m:mo>=</m:mo>
                <m:mfrac>
                  <m:mn>1</m:mn>
                  <m:mn>2</m:mn>
                </m:mfrac>
                <m:mo>∫</m:mo>
                <m:mrow>
                  <m:mo>|</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>p</m:mi>
                    <m:mn>0</m:mn>
                  </m:msub>
                  <m:mo>-</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>p</m:mi>
                    <m:mn>1</m:mn>
                  </m:msub>
                  <m:mo>|</m:mo>
                </m:mrow>
              </m:mrow>
            </m:math>
          </equation>
          <para id="id2259909">For the second part, notice that</para>
          <equation id="id2259915">
            <m:math mode="display" overflow="scroll">
              <m:mrow>
                <m:msub>
                  <m:mi>p</m:mi>
                  <m:mn>0</m:mn>
                </m:msub>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:mi>Z</m:mi>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>-</m:mo>
                <m:mo movablelimits="true" form="prefix">min</m:mo>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>p</m:mi>
                    <m:mn>0</m:mn>
                  </m:msub>
                  <m:mrow>
                    <m:mo>(</m:mo>
                    <m:mi>Z</m:mi>
                    <m:mo>)</m:mo>
                  </m:mrow>
                  <m:mo>,</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>p</m:mi>
                    <m:mn>1</m:mn>
                  </m:msub>
                  <m:mrow>
                    <m:mo>(</m:mo>
                    <m:mi>Z</m:mi>
                    <m:mo>)</m:mo>
                  </m:mrow>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>=</m:mo>
                <m:mfenced separators="" open="{" close="">
                  <m:mtable>
                    <m:mtr>
                      <m:mtd>
                        <m:mn>0</m:mn>
                      </m:mtd>
                      <m:mtd>
                        <m:mrow>
                          <m:mspace width="28.45274pt"/>
                          <m:mtext>if</m:mtext>
                          <m:mspace width="4.pt"/>
                          <m:msub>
                            <m:mi>p</m:mi>
                            <m:mn>0</m:mn>
                          </m:msub>
                          <m:mrow>
                            <m:mo>(</m:mo>
                            <m:mi>Z</m:mi>
                            <m:mo>)</m:mo>
                          </m:mrow>
                          <m:mo>≤</m:mo>
                          <m:msub>
                            <m:mi>p</m:mi>
                            <m:mn>1</m:mn>
                          </m:msub>
                          <m:mrow>
                            <m:mo>(</m:mo>
                            <m:mi>Z</m:mi>
                            <m:mo>)</m:mo>
                          </m:mrow>
                        </m:mrow>
                      </m:mtd>
                    </m:mtr>
                    <m:mtr>
                      <m:mtd>
                        <m:mrow>
                          <m:msub>
                            <m:mi>p</m:mi>
                            <m:mn>0</m:mn>
                          </m:msub>
                          <m:mrow>
                            <m:mo>(</m:mo>
                            <m:mi>Z</m:mi>
                            <m:mo>)</m:mo>
                          </m:mrow>
                          <m:mo>-</m:mo>
                          <m:msub>
                            <m:mi>p</m:mi>
                            <m:mn>1</m:mn>
                          </m:msub>
                          <m:mrow>
                            <m:mo>(</m:mo>
                            <m:mi>Z</m:mi>
                            <m:mo>)</m:mo>
                          </m:mrow>
                        </m:mrow>
                      </m:mtd>
                      <m:mtd>
                        <m:mrow>
                          <m:mspace width="28.45274pt"/>
                          <m:mtext>if</m:mtext>
                          <m:mspace width="4.pt"/>
                          <m:msub>
                            <m:mi>p</m:mi>
                            <m:mn>0</m:mn>
                          </m:msub>
                          <m:mrow>
                            <m:mo>(</m:mo>
                            <m:mi>Z</m:mi>
                            <m:mo>)</m:mo>
                          </m:mrow>
                          <m:mo>≥</m:mo>
                          <m:msub>
                            <m:mi>p</m:mi>
                            <m:mn>1</m:mn>
                          </m:msub>
                          <m:mrow>
                            <m:mo>(</m:mo>
                            <m:mi>Z</m:mi>
                            <m:mo>)</m:mo>
                          </m:mrow>
                        </m:mrow>
                      </m:mtd>
                    </m:mtr>
                  </m:mtable>
                </m:mfenced>
              </m:mrow>
            </m:math>
          </equation>
          <para id="id2260123">Now consider</para>
          <equation id="id2260128">
            <m:math mode="display" overflow="scroll">
              <m:mrow>
                <m:mn>1</m:mn>
                <m:mo>-</m:mo>
                <m:mo>∫</m:mo>
                <m:mo movablelimits="true" form="prefix">min</m:mo>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>p</m:mi>
                    <m:mn>0</m:mn>
                  </m:msub>
                  <m:mo>,</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>p</m:mi>
                    <m:mn>1</m:mn>
                  </m:msub>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>=</m:mo>
                <m:mo>∫</m:mo>
                <m:msub>
                  <m:mi>p</m:mi>
                  <m:mn>0</m:mn>
                </m:msub>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:mi>Z</m:mi>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>-</m:mo>
                <m:mo movablelimits="true" form="prefix">min</m:mo>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>p</m:mi>
                    <m:mn>0</m:mn>
                  </m:msub>
                  <m:mrow>
                    <m:mo>(</m:mo>
                    <m:mi>Z</m:mi>
                    <m:mo>)</m:mo>
                  </m:mrow>
                  <m:mo>,</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>p</m:mi>
                    <m:mn>1</m:mn>
                  </m:msub>
                  <m:mrow>
                    <m:mo>(</m:mo>
                    <m:mi>Z</m:mi>
                    <m:mo>)</m:mo>
                  </m:mrow>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>=</m:mo>
                <m:msub>
                  <m:mo>∫</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>A</m:mi>
                    <m:mn>0</m:mn>
                  </m:msub>
                </m:msub>
                <m:msub>
                  <m:mi>p</m:mi>
                  <m:mn>0</m:mn>
                </m:msub>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:mi>Z</m:mi>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>-</m:mo>
                <m:msub>
                  <m:mi>p</m:mi>
                  <m:mn>1</m:mn>
                </m:msub>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:mi>Z</m:mi>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mi>d</m:mi>
                <m:mi>ν</m:mi>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:mi>Z</m:mi>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>=</m:mo>
                <m:mi>V</m:mi>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>P</m:mi>
                    <m:mn>0</m:mn>
                  </m:msub>
                  <m:mo>,</m:mo>
                  <m:msub>
                    <m:mi>P</m:mi>
                    <m:mn>1</m:mn>
                  </m:msub>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
              </m:mrow>
            </m:math>
          </equation>
          
          <para id="id2260348">We are now ready to tackle the lower bound on <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mrow><m:mi>e</m:mi><m:mo>,</m:mo><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:msub></m:math>. In this case, we consider all tests <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>h</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:mi>Z</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>:</m:mo><m:mi mathvariant="script">Z</m:mi><m:mo>→</m:mo><m:mrow><m:mo>{</m:mo><m:mn>0</m:mn><m:mo>,</m:mo><m:mn>1</m:mn><m:mo>}</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:math>. Equivalently, we can define <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>h</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:mi>Z</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>=</m:mo><m:msub><m:mn>1</m:mn><m:mi>A</m:mi></m:msub><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:mi>Z</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:math>, where <m:math overflow="scroll"><m:mi>A</m:mi></m:math> is
any subset of the domain.</para>
          <equation id="id2260484">
            <m:math mode="display" overflow="scroll">
              <m:mtable displaystyle="true">
                <m:mtr>
                  <m:mtd columnalign="right">
                    <m:mrow>
                      <m:msub>
                        <m:mi>P</m:mi>
                        <m:mrow>
                          <m:mi>e</m:mi>
                          <m:mo>,</m:mo>
                          <m:mn>1</m:mn>
                        </m:mrow>
                      </m:msub>
                      <m:mo>=</m:mo>
                      <m:munder>
                        <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mover accent="true">
                            <m:mi>h</m:mi>
                            <m:mo>^</m:mo>
                          </m:mover>
                          <m:mi>n</m:mi>
                        </m:msub>
                      </m:munder>
                      <m:munder>
                        <m:mo movablelimits="true" form="prefix">max</m:mo>
                        <m:mrow>
                          <m:mi>j</m:mi>
                          <m:mo>∈</m:mo>
                          <m:mo>{</m:mo>
                          <m:mn>0</m:mn>
                          <m:mo>,</m:mo>
                          <m:mo>⋯</m:mo>
                          <m:mo>,</m:mo>
                          <m:mi>M</m:mi>
                          <m:mo>}</m:mo>
                        </m:mrow>
                      </m:munder>
                      <m:msub>
                        <m:mi mathvariant="script">P</m:mi>
                        <m:mi>j</m:mi>
                      </m:msub>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>(</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mover accent="true">
                            <m:mi>h</m:mi>
                            <m:mo>^</m:mo>
                          </m:mover>
                          <m:mi>n</m:mi>
                        </m:msub>
                        <m:mo>≠</m:mo>
                        <m:mi>j</m:mi>
                        <m:mo>)</m:mo>
                      </m:mrow>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>≥</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:mrow>
                      <m:munder>
                        <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mover accent="true">
                            <m:mi>h</m:mi>
                            <m:mo>^</m:mo>
                          </m:mover>
                          <m:mi>n</m:mi>
                        </m:msub>
                      </m:munder>
                      <m:mfenced separators="" open="(" close=")">
                        <m:mfrac>
                          <m:mn>1</m:mn>
                          <m:mn>2</m:mn>
                        </m:mfrac>
                        <m:msub>
                          <m:mi>P</m:mi>
                          <m:mn>0</m:mn>
                        </m:msub>
                        <m:mrow>
                          <m:mo>(</m:mo>
                          <m:msub>
                            <m:mover accent="true">
                              <m:mi>h</m:mi>
                              <m:mo>^</m:mo>
                            </m:mover>
                            <m:mi>n</m:mi>
                          </m:msub>
                          <m:mo>≠</m:mo>
                          <m:mn>0</m:mn>
                          <m:mo>)</m:mo>
                        </m:mrow>
                        <m:mo>+</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>P</m:mi>
                          <m:mn>1</m:mn>
                        </m:msub>
                        <m:mrow>
                          <m:mo>(</m:mo>
                          <m:msub>
                            <m:mover accent="true">
                              <m:mi>h</m:mi>
                              <m:mo>^</m:mo>
                            </m:mover>
                            <m:mi>n</m:mi>
                          </m:msub>
                          <m:mo>≠</m:mo>
                          <m:mn>1</m:mn>
                          <m:mo>)</m:mo>
                        </m:mrow>
                      </m:mfenced>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
                <m:mtr>
                  <m:mtd/>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>=</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:mrow>
                      <m:mfrac>
                        <m:mn>1</m:mn>
                        <m:mn>2</m:mn>
                      </m:mfrac>
                      <m:munder>
                        <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
                        <m:mi>A</m:mi>
                      </m:munder>
                      <m:msub>
                        <m:mi>P</m:mi>
                        <m:mn>0</m:mn>
                      </m:msub>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>(</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mn>1</m:mn>
                          <m:mi>A</m:mi>
                        </m:msub>
                        <m:mrow>
                          <m:mo>(</m:mo>
                          <m:mi>Z</m:mi>
                          <m:mo>)</m:mo>
                        </m:mrow>
                        <m:mo>≠</m:mo>
                        <m:mn>0</m:mn>
                        <m:mo>)</m:mo>
                      </m:mrow>
                      <m:mo>+</m:mo>
                      <m:msub>
                        <m:mi>P</m:mi>
                        <m:mn>1</m:mn>
                      </m:msub>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>(</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mn>1</m:mn>
                          <m:mi>A</m:mi>
                        </m:msub>
                        <m:mrow>
                          <m:mo>(</m:mo>
                          <m:mi>Z</m:mi>
                          <m:mo>)</m:mo>
                        </m:mrow>
                        <m:mo>≠</m:mo>
                        <m:mn>1</m:mn>
                        <m:mo>)</m:mo>
                      </m:mrow>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
                <m:mtr>
                  <m:mtd/>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>=</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:mrow>
                      <m:mfrac>
                        <m:mn>1</m:mn>
                        <m:mn>2</m:mn>
                      </m:mfrac>
                      <m:munder>
                        <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
                        <m:mi>A</m:mi>
                      </m:munder>
                      <m:msub>
                        <m:mi>P</m:mi>
                        <m:mn>0</m:mn>
                      </m:msub>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>(</m:mo>
                        <m:mi>A</m:mi>
                        <m:mo>)</m:mo>
                      </m:mrow>
                      <m:mo>+</m:mo>
                      <m:msub>
                        <m:mi>P</m:mi>
                        <m:mn>1</m:mn>
                      </m:msub>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>(</m:mo>
                        <m:msup>
                          <m:mi>A</m:mi>
                          <m:mi>c</m:mi>
                        </m:msup>
                        <m:mo>)</m:mo>
                      </m:mrow>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
                <m:mtr>
                  <m:mtd/>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>=</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:mrow>
                      <m:mfrac>
                        <m:mn>1</m:mn>
                        <m:mn>2</m:mn>
                      </m:mfrac>
                      <m:munder>
                        <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
                        <m:mi>A</m:mi>
                      </m:munder>
                      <m:mn>1</m:mn>
                      <m:mo>-</m:mo>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>(</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>P</m:mi>
                          <m:mn>1</m:mn>
                        </m:msub>
                        <m:mrow>
                          <m:mo>(</m:mo>
                          <m:mi>A</m:mi>
                          <m:mo>)</m:mo>
                        </m:mrow>
                        <m:mo>-</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>P</m:mi>
                          <m:mn>0</m:mn>
                        </m:msub>
                        <m:mrow>
                          <m:mo>(</m:mo>
                          <m:mi>A</m:mi>
                          <m:mo>)</m:mo>
                        </m:mrow>
                        <m:mo>)</m:mo>
                      </m:mrow>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
                <m:mtr>
                  <m:mtd/>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>=</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:mrow>
                      <m:mfrac>
                        <m:mn>1</m:mn>
                        <m:mn>2</m:mn>
                      </m:mfrac>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>(</m:mo>
                        <m:mn>1</m:mn>
                        <m:mo>-</m:mo>
                        <m:mi>V</m:mi>
                        <m:mrow>
                          <m:mo>(</m:mo>
                          <m:msub>
                            <m:mi>P</m:mi>
                            <m:mn>0</m:mn>
                          </m:msub>
                          <m:mo>,</m:mo>
                          <m:msub>
                            <m:mi>P</m:mi>
                            <m:mn>1</m:mn>
                          </m:msub>
                          <m:mo>)</m:mo>
                        </m:mrow>
                        <m:mo>)</m:mo>
                      </m:mrow>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
              </m:mtable>
            </m:math>
          </equation>
          <para id="id2260996">So if <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub></m:math> is close to <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub></m:math>, then <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>V</m:mi><m:mo>(</m:mo><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub><m:mo>,</m:mo><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub><m:mo>)</m:mo></m:mrow></m:math> is small and the probability of error
<m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mrow><m:mi>e</m:mi><m:mo>,</m:mo><m:mn>1</m:mn></m:mrow></m:msub></m:math> is large.</para>
          <para id="id2261083">This is interesting, but unfortunately, it is hard to work with total variation, especially
for multivariate distributions. Bounds involving the Kullback-Leibler divergence are much more convenient.</para>
          <equation id="id2261092">
            <m:math mode="display" overflow="scroll">
              <m:mrow>
                <m:mrow>
                  <m:mi>K</m:mi>
                  <m:mo>(</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:msub>
                  <m:mi>P</m:mi>
                  <m:mn>1</m:mn>
                </m:msub>
                <m:mrow>
                  <m:mo>|</m:mo>
                  <m:mo>|</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:msub>
                  <m:mi>P</m:mi>
                  <m:mn>0</m:mn>
                </m:msub>
                <m:mrow>
                  <m:mo>)</m:mo>
                  <m:mo>=</m:mo>
                  <m:mo>∫</m:mo>
                  <m:mo form="prefix">log</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mfrac>
                  <m:mrow>
                    <m:msub>
                      <m:mi>p</m:mi>
                      <m:mn>1</m:mn>
                    </m:msub>
                    <m:mrow>
                      <m:mo>(</m:mo>
                      <m:mi>Z</m:mi>
                      <m:mo>)</m:mo>
                    </m:mrow>
                  </m:mrow>
                  <m:mrow>
                    <m:msub>
                      <m:mi>p</m:mi>
                      <m:mn>0</m:mn>
                    </m:msub>
                    <m:mrow>
                      <m:mo>(</m:mo>
                      <m:mi>Z</m:mi>
                      <m:mo>)</m:mo>
                    </m:mrow>
                  </m:mrow>
                </m:mfrac>
                <m:msub>
                  <m:mi>p</m:mi>
                  <m:mn>1</m:mn>
                </m:msub>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:mi>Z</m:mi>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mi>d</m:mi>
                <m:mi>ν</m:mi>
                <m:mrow>
                  <m:mo>(</m:mo>
                  <m:mi>Z</m:mi>
                  <m:mo>)</m:mo>
                </m:mrow>
                <m:mo>=</m:mo>
                <m:mo>∫</m:mo>
                <m:mo form="prefix">log</m:mo>
                <m:mfrac>
                  <m:msub>
                    <m:mi>p</m:mi>
                    <m:mn>1</m:mn>
                  </m:msub>
                  <m:msub>
                    <m:mi>p</m:mi>
                    <m:mn>0</m:mn>
                  </m:msub>
                </m:mfrac>
                <m:msub>
                  <m:mi>p</m:mi>
                  <m:mn>1</m:mn>
                </m:msub>
              </m:mrow>
            </m:math>
          </equation>
          <para id="id2261234">The following Lemma relates total variation, affinity and KL divergence.</para>
          <para id="id2261241">Lemma 2 
<m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mn>1</m:mn><m:mo>-</m:mo><m:mi>V</m:mi><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub><m:mo>,</m:mo><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>≥</m:mo><m:mfrac><m:mn>1</m:mn><m:mn>2</m:mn></m:mfrac><m:msup><m:mi>A</m:mi><m:mn>2</m:mn></m:msup><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub><m:mo>,</m:mo><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>≥</m:mo><m:mfrac><m:mn>1</m:mn><m:mn>2</m:mn></m:mfrac><m:mrow><m:mo form="prefix">exp</m:mo><m:mo>(</m:mo><m:mo>-</m:mo><m:mi>K</m:mi><m:mo>(</m:mo></m:mrow><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub><m:mrow><m:mo>|</m:mo><m:mo>|</m:mo></m:mrow><m:msub><m:mi>P</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub><m:mrow><m:mo>)</m:mo><m:mo>)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:math></para>
          <para id="id2261379">For the first inequality,</para>
          <equation id="id2261382">
            <m:math mode="display" overflow="scroll">
              <m:mtable displaystyle="true">
                <m:mtr>
                  <m:mtd columnalign="right">
                    <m:mrow>
                      <m:msup>
                        <m:mi>A</m:mi>
                        <m:mn>2</m:mn>
                      </m:msup>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>(</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>P</m:mi>
                          <m:mn>0</m:mn>
                        </m:msub>
                        <m:mo>,</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>P</m:mi>
                          <m:mn>1</m:mn>
                        </m:msub>
                        <m:mo>)</m:mo>
                      </m:mrow>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>=</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:msup>
                      <m:mfenced separators="" open="(" close=")">
                        <m:mo>∫</m:mo>
                        <m:msqrt>
                          <m:mrow>
                            <m:msub>
                              <m:mi>p</m:mi>
                              <m:mn>0</m:mn>
                            </m:msub>
                            <m:msub>
                              <m:mi>p</m:mi>
                              <m:mn>1</m:mn>
                            </m:msub>
                          </m:mrow>
                        </m:msqrt>
                      </m:mfenced>
                      <m:mn>2</m:mn>
                    </m:msup>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
                <m:mtr>
                  <m:mtd/>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>=</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:msup>
                      <m:mfenced separators="" open="(" close=")">
                        <m:mo>∫</m:mo>
                        <m:msqrt>
                          <m:mrow>
                            <m:mo movablelimits="true" form="prefix">min</m:mo>
                            <m:mrow>
                              <m:mo>(</m:mo>
                              <m:msub>
                                <m:mi>p</m:mi>
                                <m:mn>0</m:mn>
                              </m:msub>
                              <m:mo>,</m:mo>
                              <m:msub>
                                <m:mi>p</m:mi>
                                <m:mn>1</m:mn>
                              </m:msub>
                              <m:mo>)</m:mo>
                            </m:mrow>
                            <m:mo movablelimits="true" form="prefix">max</m:mo>
                            <m:mrow>
                              <m:mo>(</m:mo>
                              <m:msub>
                                <m:mi>p</m:mi>
                                <m:mn>0</m:mn>
                              </m:msub>
                              <m:mo>,</m:mo>
                              <m:msub>
                                <m:mi>p</m:mi>
                                <m:mn>1</m:mn>
                              </m:msub>
                              <m:mo>)</m:mo>
                            </m:mrow>
                          </m:mrow>
                        </m:msqrt>
                      </m:mfenced>
                      <m:mn>2</m:mn>
                    </m:msup>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
                <m:mtr>
                  <m:mtd/>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>=</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:msup>
                      <m:mfenced separators="" open="(" close=")">
                        <m:mo>∫</m:mo>
                        <m:msqrt>
                          <m:mrow>
                            <m:mo movablelimits="true" form="prefix">min</m:mo>
                            <m:mo>(</m:mo>
                            <m:msub>
                              <m:mi>p</m:mi>
                              <m:mn>0</m:mn>
                            </m:msub>
                            <m:mo>,</m:mo>
                            <m:msub>
                              <m:mi>p</m:mi>
                              <m:mn>1</m:mn>
                            </m:msub>
                            <m:mo>)</m:mo>
                          </m:mrow>
                        </m:msqrt>
                        <m:msqrt>
                          <m:mrow>
                            <m:mo movablelimits="true" form="prefix">max</m:mo>
                            <m:mo>(</m:mo>
                            <m:msub>
                              <m:mi>p</m:mi>
                              <m:mn>0</m:mn>
                            </m:msub>
                            <m:mo>,</m:mo>
                            <m:msub>
                              <m:mi>p</m:mi>
                              <m:mn>1</m:mn>
                            </m:msub>
                            <m:mo>)</m:mo>
                          </m:mrow>
                        </m:msqrt>
                      </m:mfenced>
                      <m:mn>2</m:mn>
                    </m:msup>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
                <m:mtr>
                  <m:mtd/>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>≤</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:mrow>
                      <m:mo>∫</m:mo>
                      <m:mo movablelimits="true" form="prefix">min</m:mo>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>(</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>p</m:mi>
                          <m:mn>0</m:mn>
                        </m:msub>
                        <m:mo>,</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>p</m:mi>
                          <m:mn>1</m:mn>
                        </m:msub>
                        <m:mo>)</m:mo>
                      </m:mrow>
                      <m:mo>∫</m:mo>
                      <m:mo movablelimits="true" form="prefix">max</m:mo>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>(</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>p</m:mi>
                          <m:mn>0</m:mn>
                        </m:msub>
                        <m:mo>,</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>p</m:mi>
                          <m:mn>1</m:mn>
                        </m:msub>
                        <m:mo>)</m:mo>
                      </m:mrow>
                      <m:mspace width="56.9055pt"/>
                      <m:mtext>by</m:mtext>
                      <m:mspace width="4.pt"/>
                      <m:mtext>Cauchy-Schwarz</m:mtext>
                      <m:mspace width="4.pt"/>
                      <m:mtext>inequality</m:mtext>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
                <m:mtr>
                  <m:mtd/>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>=</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:mrow>
                      <m:mo>∫</m:mo>
                      <m:mo movablelimits="true" form="prefix">min</m:mo>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>(</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>p</m:mi>
                          <m:mn>0</m:mn>
                        </m:msub>
                        <m:mo>,</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>p</m:mi>
                          <m:mn>1</m:mn>
                        </m:msub>
                        <m:mo>)</m:mo>
                      </m:mrow>
                      <m:mfenced separators="" open="(" close=")">
                        <m:mn>2</m:mn>
                        <m:mo>-</m:mo>
                        <m:mo>∫</m:mo>
                        <m:mo movablelimits="true" form="prefix">min</m:mo>
                        <m:mo>(</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>p</m:mi>
                          <m:mn>0</m:mn>
                        </m:msub>
                        <m:mo>,</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>p</m:mi>
                          <m:mn>1</m:mn>
                        </m:msub>
                        <m:mo>)</m:mo>
                      </m:mfenced>
                      <m:mspace width="22.76228pt"/>
                      <m:mover>
                        <m:mrow/>
                        <m:mrow>
                          <m:mo>∵</m:mo>
                          <m:mo>∫</m:mo>
                          <m:mo movablelimits="true" form="prefix">min</m:mo>
                          <m:mrow>
                            <m:mo>(</m:mo>
                            <m:msub>
                              <m:mi>p</m:mi>
                              <m:mn>0</m:mn>
                            </m:msub>
                            <m:mo>,</m:mo>
                            <m:msub>
                              <m:mi>p</m:mi>
                              <m:mn>1</m:mn>
                            </m:msub>
                            <m:mo>)</m:mo>
                          </m:mrow>
                          <m:mo>+</m:mo>
                          <m:mo>∫</m:mo>
                          <m:mo movablelimits="true" form="prefix">max</m:mo>
                          <m:mrow>
                            <m:mo>(</m:mo>
                            <m:msub>
                              <m:mi>p</m:mi>
                              <m:mn>0</m:mn>
                            </m:msub>
                            <m:mo>,</m:mo>
                            <m:msub>
                              <m:mi>p</m:mi>
                              <m:mn>1</m:mn>
                            </m:msub>
                            <m:mo>)</m:mo>
                          </m:mrow>
                          <m:mo>=</m:mo>
                          <m:mo>∫</m:mo>
                          <m:msub>
                            <m:mi>p</m:mi>
                            <m:mn>0</m:mn>
                          </m:msub>
                          <m:mo>+</m:mo>
                          <m:mo>∫</m:mo>
                          <m:msub>
                            <m:mi>p</m:mi>
                            <m:mn>1</m:mn>
                          </m:msub>
                          <m:mo>=</m:mo>
                          <m:mn>2</m:mn>
                        </m:mrow>
                      </m:mover>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
                <m:mtr>
                  <m:mtd/>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>≤</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:mrow>
                      <m:mn>2</m:mn>
                      <m:mo>∫</m:mo>
                      <m:mo movablelimits="true" form="prefix">min</m:mo>
                      <m:mo>(</m:mo>
                      <m:msub>
                        <m:mi>p</m:mi>
                        <m:mn>0</m:mn>
                      </m:msub>
                      <m:mo>,</m:mo>
                      <m:msub>
                        <m:mi>p</m:mi>
                        <m:mn>1</m:mn>
                      </m:msub>
                      <m:mo>)</m:mo>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
                <m:mtr>
                  <m:mtd/>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>=</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:mrow>
                      <m:mn>2</m:mn>
                      <m:mo>(</m:mo>
                      <m:mn>1</m:mn>
                      <m:mo>-</m:mo>
                      <m:mi>V</m:mi>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>(</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>P</m:mi>
                          <m:mn>0</m:mn>
                        </m:msub>
                        <m:mo>,</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>P</m:mi>
                          <m:mn>1</m:mn>
                        </m:msub>
                        <m:mo>)</m:mo>
                      </m:mrow>
                      <m:mo>)</m:mo>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
              </m:mtable>
            </m:math>
          </equation>
          <para id="id2261999">For the second inequality,</para>
          <equation id="id2262005">
            <m:math mode="display" overflow="scroll">
              <m:mtable displaystyle="true">
                <m:mtr>
                  <m:mtd columnalign="right">
                    <m:mrow>
                      <m:msup>
                        <m:mi>A</m:mi>
                        <m:mn>2</m:mn>
                      </m:msup>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>(</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>P</m:mi>
                          <m:mn>0</m:mn>
                        </m:msub>
                        <m:mo>,</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>P</m:mi>
                          <m:mn>1</m:mn>
                        </m:msub>
                        <m:mo>)</m:mo>
                      </m:mrow>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>=</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:msup>
                      <m:mfenced separators="" open="(" close=")">
                        <m:mo>∫</m:mo>
                        <m:msqrt>
                          <m:mrow>
                            <m:msub>
                              <m:mi>p</m:mi>
                              <m:mn>0</m:mn>
                            </m:msub>
                            <m:msub>
                              <m:mi>p</m:mi>
                              <m:mn>1</m:mn>
                            </m:msub>
                          </m:mrow>
                        </m:msqrt>
                      </m:mfenced>
                      <m:mn>2</m:mn>
                    </m:msup>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
                <m:mtr>
                  <m:mtd/>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>=</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:mrow>
                      <m:mo form="prefix">exp</m:mo>
                      <m:mfenced separators="" open="(" close=")">
                        <m:mo form="prefix">log</m:mo>
                        <m:msup>
                          <m:mfenced separators="" open="(" close=")">
                            <m:mo>∫</m:mo>
                            <m:msqrt>
                              <m:mrow>
                                <m:msub>
                                  <m:mi>p</m:mi>
                                  <m:mn>0</m:mn>
                                </m:msub>
                                <m:msub>
                                  <m:mi>p</m:mi>
                                  <m:mn>1</m:mn>
                                </m:msub>
                              </m:mrow>
                            </m:msqrt>
                          </m:mfenced>
                          <m:mn>2</m:mn>
                        </m:msup>
                      </m:mfenced>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
                <m:mtr>
                  <m:mtd/>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>=</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:mrow>
                      <m:mo form="prefix">exp</m:mo>
                      <m:mfenced separators="" open="(" close=")">
                        <m:mn>2</m:mn>
                        <m:mo form="prefix">log</m:mo>
                        <m:mfenced separators="" open="(" close=")">
                          <m:mo>∫</m:mo>
                          <m:msqrt>
                            <m:mrow>
                              <m:msub>
                                <m:mi>p</m:mi>
                                <m:mn>0</m:mn>
                              </m:msub>
                              <m:msub>
                                <m:mi>p</m:mi>
                                <m:mn>1</m:mn>
                              </m:msub>
                            </m:mrow>
                          </m:msqrt>
                        </m:mfenced>
                      </m:mfenced>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
                <m:mtr>
                  <m:mtd/>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>=</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:mrow>
                      <m:mo form="prefix">exp</m:mo>
                      <m:mfenced separators="" open="(" close=")">
                        <m:mn>2</m:mn>
                        <m:mo form="prefix">log</m:mo>
                        <m:mfenced separators="" open="(" close=")">
                          <m:mo>∫</m:mo>
                          <m:msqrt>
                            <m:mfrac>
                              <m:msub>
                                <m:mi>p</m:mi>
                                <m:mn>0</m:mn>
                              </m:msub>
                              <m:msub>
                                <m:mi>p</m:mi>
                                <m:mn>1</m:mn>
                              </m:msub>
                            </m:mfrac>
                          </m:msqrt>
                          <m:msub>
                            <m:mi>p</m:mi>
                            <m:mn>1</m:mn>
                          </m:msub>
                        </m:mfenced>
                      </m:mfenced>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
                <m:mtr>
                  <m:mtd/>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>≥</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:mrow>
                      <m:mo form="prefix">exp</m:mo>
                      <m:mfenced separators="" open="(" close=")">
                        <m:mn>2</m:mn>
                        <m:mo>∫</m:mo>
                        <m:mo form="prefix">log</m:mo>
                        <m:mfenced open="(" close=")">
                          <m:msqrt>
                            <m:mfrac>
                              <m:msub>
                                <m:mi>p</m:mi>
                                <m:mn>0</m:mn>
                              </m:msub>
                              <m:msub>
                                <m:mi>p</m:mi>
                                <m:mn>1</m:mn>
                              </m:msub>
                            </m:mfrac>
                          </m:msqrt>
                        </m:mfenced>
                        <m:msub>
                          <m:mi>p</m:mi>
                          <m:mn>1</m:mn>
                        </m:msub>
                      </m:mfenced>
                      <m:mspace width="56.9055pt"/>
                      <m:mtext>by</m:mtext>
                      <m:mspace width="4.pt"/>
                      <m:mtext>Jensen's</m:mtext>
                      <m:mspace width="4.pt"/>
                      <m:mtext>inequality</m:mtext>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
                <m:mtr>
                  <m:mtd/>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>=</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:mrow>
                      <m:mo form="prefix">exp</m:mo>
                      <m:mfenced separators="" open="(" close=")">
                        <m:mo>-</m:mo>
                        <m:mo>∫</m:mo>
                        <m:mo form="prefix">log</m:mo>
                        <m:mfenced open="(" close=")">
                          <m:msqrt>
                            <m:mfrac>
                              <m:msub>
                                <m:mi>p</m:mi>
                                <m:mn>1</m:mn>
                              </m:msub>
                              <m:msub>
                                <m:mi>p</m:mi>
                                <m:mn>0</m:mn>
                              </m:msub>
                            </m:mfrac>
                          </m:msqrt>
                        </m:mfenced>
                        <m:msub>
                          <m:mi>p</m:mi>
                          <m:mn>1</m:mn>
                        </m:msub>
                      </m:mfenced>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
                <m:mtr>
                  <m:mtd/>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>=</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:mrow>
                      <m:mrow>
                        <m:mo form="prefix">exp</m:mo>
                        <m:mo>(</m:mo>
                        <m:mo>-</m:mo>
                        <m:mi>K</m:mi>
                        <m:mo>(</m:mo>
                      </m:mrow>
                      <m:msub>
                        <m:mi>P</m:mi>
                        <m:mn>1</m:mn>
                      </m:msub>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>|</m:mo>
                        <m:mo>|</m:mo>
                      </m:mrow>
                      <m:msub>
                        <m:mi>P</m:mi>
                        <m:mn>0</m:mn>
                      </m:msub>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>)</m:mo>
                        <m:mo>)</m:mo>
                      </m:mrow>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                </m:mtr>
              </m:mtable>
            </m:math>
          </equation>
          
<!--empty paragraphs get left behind.-->
          <para id="id2262481">Putting everything together, we now have the following Theorem:</para>
          <para id="id2262487">Theorem 1 
Let <m:math overflow="scroll"><m:mi mathvariant="script">F</m:mi></m:math> be a class of models, and suppose we have observations <m:math overflow="scroll"><m:mi>Z</m:mi></m:math> distributed
according to <m:math overflow="scroll"><m:msub><m:mi mathvariant="script">P</m:mi><m:mi>f</m:mi></m:msub></m:math>, <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>f</m:mi><m:mo>∈</m:mo><m:mi mathvariant="script">F</m:mi></m:mrow></m:math>. Let <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>d</m:mi><m:mo>(</m:mo><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>f</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mo>,</m:mo><m:mi>f</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow></m:math> be the performance
measure of the estimator <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:msub><m:mover accent="true"><m:mi>f</m:mi><m:mo>^</m:mo></m:mover><m:mi>n</m:mi></m:msub><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:mi>Z</m:mi><m:mo>)</m:mo></m:mrow></m:mrow></m:math> relative to the true model <m:math overflow="scroll"><m:mi>f</m:mi></m:math>. Assume also
<m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>d</m:mi><m:mo>(</m:mo><m:mo>.</m:mo><m:mo>,</m:mo><m:mo>.</m:mo><m:mo>)</m:mo></m:mrow></m:math> is a semi-distance.
Let <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub><m:mo>,</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub><m:mo>∈</m:mo><m:mi mathvariant="script">F</m:mi></m:mrow></m:math> be s.t. <m:math overflow="scroll"><m:mrow><m:mi>d</m:mi><m:mrow><m:mo>(</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mn>0</m:mn></m:msub><m:mo>,</m:mo><m:msub><m:mi>f</m:mi><m:mn>1</m:mn></m:msub><m:mo>)</m:mo></m:mrow><m:mo>≥</m:mo><m:mn>2</m:mn><m:msub><m:mi>s</m:mi><m:mi>n</m:mi></m:msub></m:mrow></m:math>. Then</para>
          <equation id="id2262721">
            <m:math mode="display" overflow="scroll">
              <m:mtable displaystyle="true">
                <m:mtr>
                  <m:mtd columnalign="right">
                    <m:mrow>
                      <m:munder>
                        <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mover accent="true">
                            <m:mi>f</m:mi>
                            <m:mo>^</m:mo>
                          </m:mover>
                          <m:mi>n</m:mi>
                        </m:msub>
                      </m:munder>
                      <m:munder>
                        <m:mo movablelimits="true" form="prefix">sup</m:mo>
                        <m:mrow>
                          <m:mi>f</m:mi>
                          <m:mo>∈</m:mo>
                          <m:mi mathvariant="script">F</m:mi>
                        </m:mrow>
                      </m:munder>
                      <m:msub>
                        <m:mi mathvariant="script">P</m:mi>
                        <m:mi>f</m:mi>
                      </m:msub>
                      <m:mrow>
                        <m:mo>(</m:mo>
                        <m:mi>d</m:mi>
                        <m:mrow>
                          <m:mo>(</m:mo>
                          <m:msub>
                            <m:mover accent="true">
                              <m:mi>f</m:mi>
                              <m:mo>^</m:mo>
                            </m:mover>
                            <m:mi>n</m:mi>
                          </m:msub>
                          <m:mo>,</m:mo>
                          <m:mi>f</m:mi>
                          <m:mo>)</m:mo>
                        </m:mrow>
                        <m:mo>≥</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mi>s</m:mi>
                          <m:mi>n</m:mi>
                        </m:msub>
                        <m:mo>)</m:mo>
                      </m:mrow>
                    </m:mrow>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd>
                    <m:mo>≥</m:mo>
                  </m:mtd>
                  <m:mtd columnalign="left">
                    <m:mrow>
                      <m:munder>
                        <m:mo movablelimits="true" form="prefix">inf</m:mo>
                        <m:msub>
                          <m:mover accent="true">
                            <m:mi>f</m:mi>
                            <m:mo>^</m:mo>
                          </m:mover>
                          <m:mi>n</m:mi>
                        </m:msub>
                      </m:munder>
                      <m:mun