<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Appl. Math. Stat.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Appl. Math. Stat.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2297-4687</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">779841</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fams.2021.779841</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Applied Mathematics and Statistics</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>A Statistically and Numerically Efficient Independence Test Based on Random Projections and Distance Covariance</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Huang and Huo</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Randomly Projected Distance Covariance</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Huang</surname>
<given-names>Cheng</given-names>
</name>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1447645/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Huo</surname>
<given-names>Xiaoming</given-names>
</name>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/301973/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff>
<institution>Georgia Institute of Technology</institution>, <addr-line>Atlanta</addr-line>, <addr-line>GA</addr-line>, <country>United&#x20;States</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1333012/overview">David Banks</ext-link>, Duke University, United&#x20;States</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1488463/overview">Dominic Edelmann</ext-link>, German Cancer Research Center, Germany</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/548970/overview">Gabor J.&#x20;Szekely</ext-link>, National Science Foundation (NSF), United&#x20;States</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Xiaoming Huo, <email>huo@gatech.edu</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Statistics, a section of the journal Frontiers in Applied Mathematics and Statistics</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>13</day>
<month>01</month>
<year>2022</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2021</year>
</pub-date>
<volume>7</volume>
<elocation-id>779841</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>19</day>
<month>09</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>16</day>
<month>11</month>
<year>2021</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2022 Huang and Huo.</copyright-statement>
<copyright-year>2022</copyright-year>
<copyright-holder>Huang and Huo</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these&#x20;terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>Testing for independence plays a fundamental role in many statistical techniques. Among the nonparametric approaches, the distance-based methods (such as the distance correlation-based hypotheses testing for independence) have many advantages, compared with many other alternatives. A known limitation of the distance-based method is that its computational complexity can be high. In general, when the sample size is <italic>n</italic>, the order of computational complexity of a distance-based method, which typically requires computing of all pairwise distances, can be <italic>O</italic>(<italic>n</italic>
<sup>2</sup>). Recent advances have discovered that in the <italic>univariate</italic> cases, a fast method with <italic>O</italic>(<italic>n</italic>&#x2009;log&#x2009; <italic>n</italic>) computational complexity and <italic>O</italic>(<italic>n</italic>) memory requirement exists. In this paper, we introduce a test of independence method based on random projection and distance correlation, which achieves nearly the same power as the state-of-the-art distance-based approach, works in the <italic>multivariate</italic> cases, and enjoys the <italic>O</italic>(<italic>nK</italic>&#x2009;log&#x2009; <italic>n</italic>) computational complexity and <italic>O</italic>(&#x2009;max{<italic>n</italic>, <italic>K</italic>}) memory requirement, where <italic>K</italic> is the number of random projections. Note that saving is achieved when <italic>K</italic>&#x20;&#x3c; <italic>n</italic>/&#x2009;log&#x2009; <italic>n</italic>. We name our method a Randomly Projected Distance Covariance (RPDC). The statistical theoretical analysis takes advantage of some techniques on the random projection which are rooted in contemporary machine learning. Numerical experiments demonstrate the efficiency of the proposed method, relative to numerous competitors.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>independence test</kwd>
<kwd>distance covariance</kwd>
<kwd>random projection</kwd>
<kwd>hypotheses test</kwd>
<kwd>multivariate hypothesis test</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>1 Introduction</title>
<p>Test of independence is a fundamental problem in statistics, with many existing work including the maximal information coefficient (MIC) [<xref ref-type="bibr" rid="B1">1</xref>], the copula based measures [<xref ref-type="bibr" rid="B2">2</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B3">3</xref>], the kernel based criterion [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>] and the distance correlation [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>], which motivated our current work. Note that the above works as well as ours focus on the testing for independence, which can be formulated as statistical hypotheses testing problems. On the other hand, interesting developments (e.g., [<xref ref-type="bibr" rid="B7">7</xref>]) aim at a more general framework for interpretable statistical dependence, which is not the goal of this&#x20;paper.</p>
<p>Distance correlation proposed by [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>] is an important method in the test of independence. The direct implementation of distance correlation takes <italic>O</italic>(<italic>n</italic>
<sup>2</sup>) time, where <italic>n</italic> is the sample size. The time cost of distance correlation could be substantial when the sample size is just a few thousand. When the random variables are univariate, there exist efficient numerical algorithms of time complexity <italic>O</italic>(<italic>n</italic>&#x2009;log&#x2009; <italic>n</italic>) [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]. However, for the multivariate random variables, we have not found any efficient algorithms in existing papers after an extensive literature survey.</p>
<p>Independence tests of multivariate random variables could have a wide range of applications. In many problem settings, as mentioned in [<xref ref-type="bibr" rid="B9">9</xref>], each experimental unit will be measured multiple times, resulting in multivariate data. Researchers are often interested in exploring potential relationships among subsets of these measurements. For example, some measurements may represent attributes of physical characteristics while others represent attributes of psychological characteristics. It may be of interest to determine whether there exists a relationship between the physical and psychological characteristics. A test of independence between pairs of vectors, where the vectors may have different dimensions and scales, becomes crucial. Moreover, the number of experimental units, or equivalently, sample size, could be massive, which requires the test to be computationally efficient. This work will meet the demands for numerically efficient independence tests of multivariate random variables.</p>
<p>The newly proposed test of independence between two (potentially multivariate) random variables <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> works as follows. Firstly, both <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> are randomly projected to one-dimensional spaces. Then the fast computing method for distance covariances between a pair of univariate random variables is adopted to compute for a surrogate distance covariance. The above two steps are repeated numerous times. The final estimate of the distance covariance is the average of all aforementioned surrogate distance covariances.</p>
<p>For numerical efficiency, we will show (in <xref ref-type="statement" rid="Theorem_3_1">Theorem 3.1</xref>) that the newly proposed algorithm enjoys the <italic>O</italic>(<italic>Kn</italic>&#x2009;log&#x2009; <italic>n</italic>) computational complexity and <italic>O</italic>(&#x2009;max{<italic>n</italic>, <italic>K</italic>}) memory requirement, where <italic>K</italic> is the number of random projections and <italic>n</italic> is the sample size. On the statistical efficiency, we will show (in Theorem 4.19) that the asymptotic power of the test of independence by utilizing the newly proposed statistics is as efficient as its original multivariate counterpart, which achieves the state-of-the-art&#x20;rates.</p>
<p>The rest of this paper is organized as follows. In <xref ref-type="sec" rid="s2">Section 2</xref>, we review the definition of distance covariance, its fast algorithm in univariate cases, and related distance-based independence tests. <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref> gives the detailed algorithm for distance covariance of random vectors and corresponding independence tests. In <xref ref-type="sec" rid="s4">Section 4</xref>, we present some theoretical properties on distance covariance and the asymptotic distribution of the proposed estimator. In <xref ref-type="sec" rid="s5">Section 5</xref>, we conduct numerical examples to compare our method against others in the existing literature. Some discussions are presented in <xref ref-type="sec" rid="s6">Section 6</xref>. We conclude in <xref ref-type="sec" rid="s7">Section 7</xref>. All technical proofs, as well as the formal presentation of algorithms, are relegated to the appendix when appropriate.</p>
<p>Throughout this paper, we adopt the following notations. We denote <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> as two constants, where &#x393;(&#x22c5;) denotes the Gamma function. We will also need the following constants: <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula>. For any vector <italic>v</italic>, let <italic>v</italic>
<sup>
<italic>t</italic>
</sup> denote its transpose.</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>2 Review of Distance Covariance: Definition, Fast Algorithm, and Related Independence Tests</title>
<p>In this section, we review some related existing works. In <xref ref-type="sec" rid="s2-1">Section 2.1</xref>, we recall the concept of distance variances and&#x20;correlations, as well as some of their properties. In <xref ref-type="sec" rid="s2-2">Section 2.2</xref>, we discuss the estimators of distance covariances and correlations, as well as their computation. We present their applications in the test of independence in <xref ref-type="sec" rid="s2-3">Section&#x20;2.3</xref>.</p>
<sec id="s2-1">
<title>2.1 Definition of Distance Covariances</title>
<p>Measuring and testing the dependency between two random variables is a fundamental problem in statistics. The classical Pearson&#x2019;s correlation coefficient can be inaccurate and even misleading when nonlinear dependency exists [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>]. propose the novel measure&#x2013;distance correlation&#x2013;which is exactly zero if and only if two random variables are independent. A limitation is that if the distance correlation is implemented based on its original definition, the corresponding computational complexity can be as high as <italic>O</italic>(<italic>n</italic>
<sup>2</sup>), which is not desirable when <italic>n</italic> is&#x20;large.</p>
<p>We review the definition of the distance correlation in [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>]. Let us consider two random variables <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m6">
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>. Let the complex-valued functions <italic>&#x3d5;</italic>
<sub>
<italic>X</italic>,<italic>Y</italic>
</sub>(&#x22c5;), <italic>&#x3d5;</italic>
<sub>
<italic>X</italic>
</sub>(&#x22c5;), and <italic>&#x3d5;</italic>
<sub>
<italic>Y</italic>
</sub>(&#x22c5;) be the characteristic functions of the joint density of <italic>X</italic> and <italic>Y</italic>, the density of <italic>X</italic>, and the density of <italic>Y</italic>, respectively. For any function <italic>&#x3d5;</italic>, we denote <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m7">
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the conjugate of <italic>&#x3d5;</italic>; in words, &#x7c;<italic>&#x3d5;</italic>&#x7c; is the magnitude of <italic>&#x3d5;</italic> at a particular point. For vectors, let us use &#x7c;&#x22c5;&#x7c; to denote the Euclidean norm. In [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>], the definition of distance covariance between random variables <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> is<disp-formula id="e2_1">
<mml:math id="m9">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
<label>(2.1)</label>
</disp-formula>where two constants <italic>c</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub> and <italic>c</italic>
<sub>
<italic>q</italic>
</sub> have been defined at the end of <xref ref-type="sec" rid="s1">Section 1</xref>. The distance correlation is defined as<disp-formula id="equ1">
<mml:math id="m10">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>The following property has been established in the aforementioned&#x20;paper.</p>
<p>
<statement content-type="theorem" id="Theorem_2_1">
<label>Theorem 2.1</label>
<p>Suppose <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m11">
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m12">
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> are two random variables, the following statements are equivalent:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1) <italic>X</italic> is independent of&#x20;<italic>Y</italic>;</p>
</list-item>
<list-item>
<p>2) <italic>&#x3d5;</italic>
<sub>
<italic>X</italic>,<italic>Y</italic>
</sub>(<italic>t</italic>, <italic>s</italic>) &#x3d; <italic>&#x3d5;</italic>
<sub>
<italic>X</italic>
</sub>(<italic>t</italic>)<italic>&#x3d5;</italic>
<sub>
<italic>Y</italic>
</sub>(<italic>s</italic>), for any <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m13">
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m14">
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>;</p>
</list-item>
<list-item>
<p>3) <inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m15">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>;</p>
</list-item>
<list-item>
<p>4) <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m16">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>Given sample (<italic>X</italic>
<sub>1</sub>, <italic>Y</italic>
<sub>1</sub>), &#x2026;, (<italic>X</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub>, <italic>Y</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub>), we can estimate the distance covariance by replacing the population characteristic function with the sample characteristic function: for <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m17">
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, we define<disp-formula id="equ2">
<mml:math id="m18">
<mml:mtable class="eqnarray-star">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;and&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>Consequently one can have the following estimator for <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m19">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e2_2">
<mml:math id="m20">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3d5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(2.2)</label>
</disp-formula>Note that the above formula is convenient to define a quantity, however, is <italic>not</italic> convenient for computation, due to the integration on the right-hand side. In the literature, other estimates have been introduced and will be presented in the following.</p>
</statement>
</p>
</sec>
<sec id="s2-2">
<title>2.2 Fast Algorithm in the Univariate Cases</title>
<p>The paper [<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>] gives an equivalent definition for the distance covariance between random variables <italic>X</italic> and <italic>Y</italic>:<disp-formula id="e2_3">
<mml:math id="m21">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x2016;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(2.3)</label>
</disp-formula>where the double centered distance <italic>d</italic>(&#x22c5;, &#x22c5;) is defined as<disp-formula id="equ3">
<mml:math id="m22">
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m23">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m24">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m25">
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> are expectations over <italic>X</italic>, <italic>X</italic>&#x2032; and (<italic>X</italic>, <italic>X</italic>&#x2032;), respectively.</p>
<p>Motivated by the above definition, one can give an unbiased estimator for <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m26">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The following notations will be utilized: for 1 &#x2264; <italic>i</italic>, <italic>j</italic>&#x20;&#x2264; <italic>n</italic>,<disp-formula id="e2_4">
<mml:math id="m27">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="14.45377pt"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="14.45377pt"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="7.22743pt"/>
<mml:mtext>and</mml:mtext>
<mml:mspace width="7.22743pt"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(2.4)</label>
</disp-formula>It has been proven [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>, <xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>] that<disp-formula id="e2_5">
<mml:math id="m28">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
<label>(2.5)</label>
</disp-formula>is an unbiased estimator of <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m29">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. In addition, a fast algorithm has been proposed [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>] for the aforementioned sample distance covariance in the univariate cases with complexity order <italic>O</italic>(<italic>n</italic>&#x2009;log&#x2009; <italic>n</italic>) and storage <italic>O</italic>(<italic>n</italic>). We list the result below for reference purpose.</p>
<p>
<statement content-type="theorem" id="Theorem_2_2">
<label>Theorem 2.2</label>
<p>(Theorem 3.2 &#x26; Corollary 4.1 in [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>]). Suppose <italic>X</italic>
<sub>1</sub>, &#x2026;, <italic>X</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub> and <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m30">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>
<italic>.</italic> The unbiased estimator &#x3a9;<sub>
<italic>n</italic>
</sub> defined in (2.5) can be computed by an <italic>O</italic>(<italic>n</italic>&#x2009;log&#x2009; <italic>n</italic>) algorithm<italic>.</italic>
</p>
<p>In addition, as a byproduct, the following result is established in the same&#x20;paper.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="corollary" id="Corollary_2_3">
<label>Corollary 2.3</label>
<p>The quantity<disp-formula id="equ4">
<mml:math id="m31">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</disp-formula>can be computed by an <italic>O</italic>(<italic>n</italic>&#x2009;log&#x2009; <italic>n</italic>) algorithm.</p>
<p>We will use the above result in our test of independence. However, as far as we know, in the multivariate cases, there does not exist any work on the fast algorithm of the order of complexity <italic>O</italic>(<italic>n</italic>&#x2009;log&#x2009; <italic>n</italic>). This paper will fill in this gap by introducing an order <italic>O</italic>(<italic>nK</italic>&#x2009;log&#x2009; <italic>n</italic>) complexity algorithm in multivariate&#x20;cases.</p>
</statement>
</p>
</sec>
<sec id="s2-3">
<title>2.3 Distance Based Independence Tests</title>
<p>Ref. [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>] proposed an independence test using the distance covariance. We summarize it below as a theorem, which serves as a benchmark. Our test will be aligned with the following one, except that we introduced a new test statistic, which can be more efficiently computed, and it has comparable asymptotic properties with the test statistic that is used&#x20;below.</p>
<p>
<statement content-type="theorem" id="Theorem_2_4">
<label>Theorem 2.4</label>
<p>([<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>], Theorem 6). For potentially multivariate random variables <italic>X</italic> and <italic>Y</italic>
<italic>,</italic> a prescribed level <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub>, and sample size <italic>n</italic>, one rejects the independence if and only if<disp-formula id="equ5">
<mml:math id="m32">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m33">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> has been defined in (2.2), &#x3a6;(&#x22c5;) denote the cumulative distribution function of the standard normal distribution and<disp-formula id="equ6">
<mml:math id="m34">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>Moreover, let <italic>&#x3b1;</italic>(<italic>X</italic>, <italic>Y</italic>, <italic>n</italic>) denote the achieved significance level of the above test. If <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m35">
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, then for all 0 &#x3c; <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> &#x3c; 0.215, one can show the following:<disp-formula id="equ7">
<mml:math id="m36">
<mml:mtable class="align-star" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>lim</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;and&#x2009;</mml:mtext>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>sup</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mi>lim</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>Note that the quantity <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m37">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> that is used above as in [<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>] differs from the one that will be used in our proposed method. As mentioned, we use the above as an illustration for distance-based tests of independence, as well as the theoretical/asymptotic properties that such a test can achieve.</p>
</statement>
</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s3">
<title>3 Numerically Efficient Method for Random Vectors</title>
<p>This section is made of two components. We present a random-projection-based distance covariance estimator that will be proven to be unbiased with a computational complexity that is <italic>O</italic>(<italic>Kn</italic>&#x2009;log&#x2009; <italic>n</italic>) in <xref ref-type="sec" rid="s3-1">Section 3.1</xref>. In <xref ref-type="sec" rid="s3-2">Section 3.2</xref>, we describe how the test of independence can be done by utilizing the above estimator. For users&#x2019; convenience, stand-alone algorithms are furnished in the <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Appendix</xref>.</p>
<sec id="s3-1">
<title>3.1 Random Projection Based Methods for Approximating Distance Covariance</title>
<p>We consider how to use a fast algorithm for univariate random variables to compute or approximate the sample distance covariance of random vectors. The main idea works as follows: first, projecting the multivariate observations on some random directions; then, using the fast algorithm to compute the distance covariance of the projections; at last, averaging distance covariances from different projecting directions.</p>
<p>More specifically, our estimator can be computed as follows. For potentially multivariate <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m38">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m39">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, let <italic>K</italic> be a predetermined number of iterations, we do:<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1) For each <italic>k</italic> (1 &#x2264; <italic>k</italic>&#x20;&#x2264; <italic>K</italic>), randomly generate <italic>u</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> and <italic>v</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> from Uniform<inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and Uniform<inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. Here <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m42">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m43">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> are the unit spheres in <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m44">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m45">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>2) Let <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m46">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m47">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> denote the projections of <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> to the space that are orthogonal to vectors <italic>u</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> and <italic>v</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub>, respectively. That is we&#x20;have</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="equ8">
<mml:math id="m48">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;and&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>Note that samples <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m49">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m50">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> are now univariate.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>3) Utilize the fast (i.e.,&#x20;order <italic>O</italic>(<italic>n</italic>&#x2009;log&#x2009; <italic>n</italic>)) algorithm that was mentioned in <xref ref-type="statement" rid="Theorem_2_2">Theorem 2.2</xref> to compute for the unbiased estimator in <xref ref-type="disp-formula" rid="e2_5">Eq. 2.5</xref> with respect to <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m51">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m52">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. Formally, we denote</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="equ9">
<mml:math id="m53">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <italic>C</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub> and <italic>C</italic>
<sub>
<italic>q</italic>
</sub> have been defined at the end of <xref ref-type="sec" rid="s1">Section 1</xref>.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>(4) The above three steps are repeated for <italic>K</italic> times. The final estimator&#x20;is</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e3_1">
<mml:math id="m54">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(3.1)</label>
</disp-formula>To emphasize the dependency of the above quantity with <italic>K</italic>, we sometimes use a notation <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m55">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x225c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>See <bold>Algorithm 1</bold> in the <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Appendix</xref> for a stand-alone presentation of the above method. In the light of <xref ref-type="statement" rid="Theorem_2_2">Theorem 2.2</xref>, we can handily declare the following.</p>
<p>
<statement content-type="theorem" id="Theorem_3_1">
<label>Theorem 3.1</label>
<p>For potentially multivariate <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m56">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m57">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, the order of computational complexity of computing the aforementioned <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m58">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is <italic>O</italic>(<italic>Kn</italic>&#x2009;log&#x2009; <italic>n</italic>) with storage <italic>O</italic>(&#x2009;max{<italic>n</italic>, <italic>K</italic>}), where <italic>K</italic> is the number of random projections.</p>
<p>The proof of the above theorem is omitted because it is straightforward from <xref ref-type="statement" rid="Theorem_2_2">Theorem 2.2</xref>. The statistical properties of the proposed estimator <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m59">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> will be studied in the subsequent section (specifically in <xref ref-type="sec" rid="s4-4">Section&#x20;4.4</xref>).</p>
</statement>
</p>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>3.2 Test of Independence</title>
<p>By a later result (cf. Theorem 4.19), we can apply <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m60">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> in the independence tests. The corresponding asymptotic distribution of the test statistic <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m61">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> can be approximated by a Gamma(<italic>&#x3b1;</italic>, <italic>&#x3b2;</italic>) distribution with <italic>&#x3b1;</italic> and <italic>&#x3b2;</italic> given in <xref ref-type="disp-formula" rid="e4_7">Eq. 4.7</xref>. We can compute the significance level of the test statistic by permutation and conduct the independence test accordingly. Recall that we have potentially multivariate <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m62">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m63">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. Recall that <italic>K</italic> denotes the number of Monte Carlo iterations in our previous algorithm. Let <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> denote the prescribed significance level of the independence test. Let <italic>L</italic> denote the number of random permutations that we will adopt. We would like to test the null hypothesis <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m64">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>&#x2014;<italic>X</italic> and <italic>Y</italic> are independent&#x2014;against its alternative. Recall <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m65">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is our proposed estimator in <xref ref-type="disp-formula" rid="e3_1">Eq. 3.1</xref>. The following algorithm describes a test of independence, which applies permutation to generate a threshold.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1) For each <italic>&#x2113;</italic>, 1&#x20;&#x2264; <italic>&#x2113;</italic> &#x2264; <italic>L</italic>, generate a random permutation of <italic>Y</italic>: <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m66">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>;</p>
</list-item>
<list-item>
<p>2) Using the algorithm in <xref ref-type="sec" rid="s3-1">Section 3.1</xref>, one can compute the estimator <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m67">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> as in <xref ref-type="disp-formula" rid="e3_1">Eq. 3.1</xref> for <italic>X</italic> and <italic>Y</italic>
<sup>&#x2217;,<italic>&#x2113;</italic>
</sup>; denote the outcome to be <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m68">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2217;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Note under random permutations, <italic>X</italic> and <italic>Y</italic>
<sup>&#x2217;,<italic>&#x2113;</italic>
</sup> are independent.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>3) The above two steps are executed for all <italic>&#x2113;</italic> &#x3d; 1, &#x2026;, <italic>L</italic>. One rejects <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m69">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> if and only if we&#x20;have</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="equ10">
<mml:math id="m70">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x2113;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>See <bold>Algorithm 2</bold> in the <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Appendix</xref> for a stand-alone description.</p>
<p>It is notified that one can use the approximate asymptotic distribution information to estimate a threshold in the independence test. The following describes such an approach. Recall that random vectors <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m71">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m72">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, number of random projections <italic>K</italic>, and a prescribed significance level <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> have been mentioned earlier.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1) For each <italic>k</italic> (1 &#x2264; <italic>k</italic>&#x20;&#x2264; <italic>K</italic>), randomly generate <italic>u</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> and <italic>v</italic>
<sub>
<italic>k</italic>
</sub> from uniform<inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and uniform<inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>2) Use the fast algorithm in <xref ref-type="statement" rid="Theorem_2_2">Theorem 2.2</xref> to compute the following quantities:</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="equ11">
<mml:math id="m75">
<mml:mtable class="eqnarray-star">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>where <italic>C</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub> and <italic>C</italic>
<sub>
<italic>q</italic>
</sub> have been defined at the end of <xref ref-type="sec" rid="s1">Section 1</xref> and in the last equation, the <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m76">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m77">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> are defined as follows:<disp-formula id="equ12">
<mml:math id="m78">
<mml:mtable class="eqnarray-star">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>3) For the aforementioned <italic>k</italic>, randomly generate <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m79">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m80">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> from uniform<inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and uniform<inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. Use the fast algorithm that is mentioned in <xref ref-type="statement" rid="Theorem_2_2">Theorem 2.2</xref> to compute the following.</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="equ13">
<mml:math id="m83">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <italic>C</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub> and <italic>C</italic>
<sub>
<italic>q</italic>
</sub> have been defined at the end of <xref ref-type="sec" rid="s1">Section 1</xref>.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>4) Repeat the previous steps for all <italic>k</italic>&#x20;&#x3d; 1, &#x2026;, <italic>K</italic>. Then we compute the following quantities:</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="e3_2">
<mml:math id="m84">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="34.5021pt"/>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(3.2)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e3_3">
<mml:math id="m85">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(3.3)</label>
</disp-formula>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>5) Reject <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m86">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">H</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> if <inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m87">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mtext>Gamma</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; otherwise, accept it. Here Gamma(<italic>&#x3b1;</italic>, <italic>&#x3b2;</italic>; 1&#x20;&#x2212; <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub>) is the 1 &#x2212; <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> quantile of the distribution Gamma(<italic>&#x3b1;</italic>, <italic>&#x3b2;</italic>).</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>The above procedure is motivated by the observation that the asymptotic distribution of the test statistic <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m88">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> can be approximated by a Gamma distribution, whose parameters can be estimated by <xref ref-type="disp-formula" rid="e3_2">Eq. 3.2</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e3_3">Eq. 3.3</xref>. A stand-alone description of the above procedure can be found in <bold>Algorithm 3</bold> in the <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Appendix</xref>.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>4 Theoretical Properties</title>
<p>In this section, we establish the theoretical foundation of the proposed method. In <xref ref-type="sec" rid="s4-1">Section 4.1</xref>, we study some properties&#x20;of the random projections and the subsequent average estimator. These properties will be needed in studying the properties of the proposed estimator. We study the properties of the proposed distance covariance estimator (&#x3a9;<sub>
<italic>n</italic>
</sub>) in <xref ref-type="sec" rid="s4-2">Section 4.2</xref>, taking advantage of the fact that &#x3a9;<sub>
<italic>n</italic>
</sub> is a U-statistic. It turns out that the properties of eigenvalues of a particular operator play an important role. We present the relevant results in <xref ref-type="sec" rid="s4-3">Section 4.3</xref>. The main properties of the proposed estimator <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are presented in <xref ref-type="sec" rid="s4-4">Section&#x20;4.4</xref>.</p>
<sec id="s4-1">
<title>4.1 Using Random Projections in Distance-Based Methods</title>
<p>In this section, we will study some properties of distance covariances of randomly projected random vectors. We begin with a necessary and sufficient condition of independence.</p>
<p>
<statement content-type="lemma" id="Lemma_4_1">
<label>Lemma 4.1</label>
<p>Suppose <italic>u</italic> <italic>and</italic> <italic>v</italic> are points on the hyper-spheres: <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m90">
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m91">
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. We have<disp-formula id="equ14">
<mml:math id="m92">
<mml:mi mathvariant="italic">random&#x2009;vectors</mml:mi>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>e</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:math>
</disp-formula>if and only if<disp-formula id="equ15">
<mml:math id="m93">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>o</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>The proof is relatively straightforward. We relegate a formal proof to the appendix. This lemma indicates that the independence is somewhat preserved under projections. The main contribution of the above result is to motivate us to think of using random projection, to reduce the multivariate random vectors into univariate random variables. As mentioned earlier, there exist fast algorithms of distance-based methods for univariate random variables.</p>
<p>The following result allows us to regard the distance covariance of random vectors of any dimension as an integral of distance covariance of univariate random variables, which are the projections of the aforementioned random vectors. The formulas in the following lemma provide the foundation for our proposed method: the distance covariances in the multivariate cases can be written as integrations of distance covariances in the univariate cases. our proposed method essentially adopts the principle of Monte Carlo to approximate such integrals. We again relegate the proof to the <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Appendix</xref>.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="lemma" id="Lemma_4_2">
<label>Lemma 4.2</label>
<p>Suppose <italic>u</italic> <italic>and</italic> <italic>v</italic> are points on unit hyper-spheres: <inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m94">
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m95">
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. Let <italic>&#x3bc;</italic> and <italic>&#x3bd;</italic> <italic>d</italic>enote the uniform probability measure on <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m96">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m97">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. Then, we have for random vectors <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m98">
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m99">
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>,<disp-formula id="equ16">
<mml:math id="m100">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <italic>C</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub> and <italic>C</italic>
<sub>
<italic>q</italic>
</sub> are two constants that are defined at the end of Section 1. Moreover, a similar result holds for the sample distance covariance:<disp-formula id="equ17">
<mml:math id="m101">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>Besides the integral equations in the above lemma, we can also establish the following result for the unbiased estimator. Such a result provides the direct foundation of our proposed method. Recall that &#x3a9;<sub>
<italic>n</italic>
</sub>, which is in <xref ref-type="disp-formula" rid="e2_5">Eq. 2.5</xref>, is an unbiased estimator of the distance covariance <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m102">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. A proof is provided in the <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Appendix</xref>.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="lemma" id="Lemma_4_3">
<label>Lemma 4.3</label>
<p>Suppose <italic>u</italic> and <italic>v</italic> are points on the hyper-spheres: <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m103">
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m104">
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. Let <italic>&#x3bc;</italic> and <italic>&#x3bd;</italic> denote the measure corresponding to the uniform densities on the surfaces <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m105">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m106">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, respectively. Then, we have<disp-formula id="equ18">
<mml:math id="m107">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bd;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <italic>C</italic>
<sub>
<italic>p</italic>
</sub> and <italic>C</italic>
<sub>
<italic>q</italic>
</sub> are constants that were mentioned at the end of <xref ref-type="sec" rid="s1">Section&#x20;1</xref>.</p>
<p>From the above lemma, recalling the design of our proposed estimator <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m108">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> as in <xref ref-type="disp-formula" rid="e3_1">Eq. 3.1</xref>, it is straightforward to see that the proposed estimator <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m109">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is an unbiased estimator of &#x3a9;<sub>
<italic>n</italic>
</sub>(<italic>X</italic>, <italic>Y</italic>). For completeness, we state the following without a&#x20;proof.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="corollary" id="Corollary_4_4">
<label>Corollary 4.4</label>
<p>The proposed estimator <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m110">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e3_1">Eq. 3.1</xref>) is an unbiased estimator of the estimator &#x3a9;<sub>
<italic>n</italic>
</sub>(<italic>X</italic>, <italic>Y</italic>) that was defined in <xref ref-type="disp-formula" rid="e2_5">Eq.&#x20;2.5</xref>
<italic>.</italic>
</p>
<p>Note that the estimator <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m111">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e3_1">Eq. 3.1</xref> evidently depends on the number of random projections <italic>K</italic>. Recall that to emphasize such a dependency, we sometimes use a notation <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m112">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x225c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>. The following concentration inequality shows the speed that <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m113">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> can converge to &#x3a9;<sub>
<italic>n</italic>
</sub> as <italic>K</italic>&#x20;&#x2192; <italic>&#x221e;</italic>.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="lemma" id="Lemma_4_5">
<label>Lemma 4.5</label>
<p>Suppose <bold>E</bold>[&#x7c;<italic>X</italic>&#x7c;<sup>2</sup>] &#x3c; <italic>&#x221e;</italic> and <bold>E</bold>[&#x7c;<italic>Y</italic>&#x7c;<sup>2</sup>] &#x3c; <italic>&#x221e;</italic>. For any <italic>&#x3f5;</italic> &#x3e; 0, we have<disp-formula id="equ19">
<mml:math id="m114">
<mml:mi mathvariant="bold">P</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>exp</mml:mi>
<mml:mfenced open="{" close="}">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where &#x3a3;<sub>
<italic>X</italic>
</sub> and &#x3a3;<sub>
<italic>Y</italic>
</sub> are the covariance matrices of <italic>X</italic> and <italic>Y</italic>, respectively, <italic>Tr</italic>[&#x3a3;<sub>
<italic>X</italic>
</sub>] and <italic>Tr</italic>[&#x3a3;<sub>
<italic>Y</italic>
</sub>] are their matrix traces, and <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m115">
<mml:mi>C</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>25</mml:mn>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:math>
</inline-formula> is a constant.</p>
<p>The proof is a relatively standard application of Hoeffding&#x2019;s inequality [<xref ref-type="bibr" rid="B11">11</xref>], which has been relegated to the appendix. The above lemma essentially indicates that the quantity <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m116">
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> converges to zero at a rate no worse than <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m117">
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</statement>
</p>
</sec>
<sec id="s4-2">
<title>4.2 Asymptotic Properties of the Sample Distance Covariance &#x3a9;<sub>
<italic>n</italic>
</sub>
</title>
<p>The asymptotic behavior of the sample distance covariance &#x3a9;<sub>
<italic>n</italic>
</sub> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e2_5">Eq. 2.5</xref> of this paper, has been studied in many places, seeing [<xref ref-type="bibr" rid="B5">5</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B10">10</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]. We found that it is still worthwhile to present them here, as we will use them to establish the statistical properties of our proposed estimator. The asymptotic distributions of &#x3a9;<sub>
<italic>n</italic>
</sub> will be studied under two situations: 1) a general case and 2) when <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> are assumed to be independent. We will see that the asymptotic distributions are different in these two situations.</p>
<p>It has been showed in ([<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>], Theorem 3.2) that &#x3a9;<sub>
<italic>n</italic>
</sub> is a U-statistic. In the following, we state the result without formal proof. We will need the following function, denoted by <italic>h</italic>
<sub>4</sub>, which takes four pairs of input variables:<disp-formula id="e4_1">
<mml:math id="m118">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="72.26999pt"/>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>24</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x2260;</mml:mo>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(4.1)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Note that the definition of <italic>h</italic>
<sub>4</sub> coincides with &#x3a9;<sub>
<italic>n</italic>
</sub> when the number of observations <italic>n</italic>&#x20;&#x3d;&#x20;4.</p>
<p>
<statement content-type="lemma" id="Lemma_4_6">
<label>Lemma 4.6</label>
<p>(U-statistics). Let &#x3a8;<sub>4</sub> denote all distinct 4-subset of {1, &#x2026;, <italic>n</italic>} and let us define <italic>X</italic>
<sub>
<italic>&#x3c8;</italic>
</sub> &#x3d; {<italic>X</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>&#x7c;<italic>i</italic> &#x2208; <italic>&#x3c8;</italic>} and <italic>Y</italic>
<sub>
<italic>&#x3c8;</italic>
</sub> &#x3d; {<italic>Y</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>&#x7c;<italic>i</italic> &#x2208; <italic>&#x3c8;</italic>}<italic>,</italic> then &#x3a9;<sub>
<italic>n</italic>
</sub> is a U-statistic and can be expressed as<disp-formula id="equ20">
<mml:math id="m119">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mfrac linethickness="0.0pt">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>From the literature of the U-statistics, we know that the following quantities play critical roles. We state them here:<disp-formula id="equ21">
<mml:math id="m120">
<mml:mtable class="align-star" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,3,4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3,4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m121">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,3,4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> stands for taking expectation over (<italic>X</italic>
<sub>2</sub>, <italic>Y</italic>
<sub>2</sub>), (<italic>X</italic>
<sub>3</sub>, <italic>Y</italic>
<sub>3</sub>) and (<italic>X</italic>
<sub>4</sub>, <italic>Y</italic>
<sub>4</sub>); <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m122">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3,4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> stands for taking expectation over (<italic>X</italic>
<sub>3</sub>, <italic>Y</italic>
<sub>3</sub>) and (<italic>X</italic>
<sub>4</sub>, <italic>Y</italic>
<sub>4</sub>); and <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m123">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> stands for taking expectation over (<italic>X</italic>
<sub>4</sub>, <italic>Y</italic>
<sub>4</sub>); respectively.</p>
<p>One immediate application of the above notations is the following result, which quantifies the variance of &#x3a9;<sub>
<italic>n</italic>
</sub>. Since the formula is a known result, seeing ([<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>], Chapter 5.2.1 Lemma A), we state it without&#x20;proof.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="lemma" id="Lemma_4_7">
<label>Lemma 4.7</label>
<p>(Variance of the U-statistic). The variance of &#x3a9;<sub>
<italic>n</italic>
</sub> could be written as<disp-formula id="equ22">
<mml:math id="m124">
<mml:mi mathvariant="italic">Var</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mfrac linethickness="0.0pt">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mfrac linethickness="0.0pt">
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mfenced>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mfrac linethickness="0.0pt">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mfenced>
<mml:mi mathvariant="italic">Var</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>16</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">Var</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>240</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">Var</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>72</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="italic">Var</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <italic>O</italic>(&#x22c5;) is the standard big O notation in mathematics.</p>
<p>From the above lemma, we can see that Var(<italic>h</italic>
<sub>1</sub>) and Var(<italic>h</italic>
<sub>2</sub>) play indispensable roles in determining the variance of &#x3a9;<sub>
<italic>n</italic>
</sub>. The following lemma shows that under some conditions, we can ensure that &#x2009; Var(<italic>h</italic>
<sub>1</sub>) and Var(<italic>h</italic>
<sub>2</sub>) are bounded. A proof has been relegated to the appendix.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="lemma" id="Lemma_4_8">
<label>Lemma 4.8</label>
<p>If we have <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m125">
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m126">
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m127">
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, then we have Var(<italic>h</italic>
<sub>4</sub>) &#x3c; <italic>&#x221e;</italic>
<italic>.</italic> Consequently, we also have Var(<italic>h</italic>
<sub>1</sub>) &#x3c; <italic>&#x221e;</italic> and Var(<italic>h</italic>
<sub>2</sub>) &#x3c; <italic>&#x221e;</italic>
<italic>.</italic>
</p>
<p>Even though as indicated in <xref ref-type="statement" rid="Lemma_4_7">Lemma 4.7</xref>, the quantities <italic>h</italic>
<sub>1</sub>(<italic>X</italic>
<sub>1</sub>, <italic>Y</italic>
<sub>1</sub>) and <italic>h</italic>
<sub>2</sub>((<italic>X</italic>
<sub>1</sub>, <italic>Y</italic>
<sub>1</sub>), (<italic>X</italic>
<sub>2</sub>, <italic>Y</italic>
<sub>2</sub>)) play important roles in determining the variance of &#x3a9;<sub>
<italic>n</italic>
</sub>, in a generic case, they do not have a simple formula. The following lemma gives the generic formulas for <italic>h</italic>
<sub>1</sub>(<italic>X</italic>
<sub>1</sub>, <italic>Y</italic>
<sub>1</sub>) and <italic>h</italic>
<sub>2</sub>((<italic>X</italic>
<sub>1</sub>, <italic>Y</italic>
<sub>1</sub>), (<italic>X</italic>
<sub>2</sub>, <italic>Y</italic>
<sub>2</sub>)). Its calculation can be found in the <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Appendix</xref>.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="lemma" id="Lemma_4_9">
<label>Lemma 4.9</label>
<p>(Generic <italic>h</italic>
<sub>1</sub> and <italic>h</italic>
<sub>2</sub>). In the general case, assuming (<italic>X</italic>
<sub>1</sub>, <italic>Y</italic>
<sub>1</sub>)<italic>,</italic> (<italic>X</italic>, <italic>Y</italic>)<italic>,</italic> (<italic>X</italic>&#x2032;, <italic>Y</italic>&#x2032;)<italic>, and</italic> (<italic>X</italic>
<sup>&#x2033;</sup>, <italic>Y</italic>
<sup>&#x2033;</sup>) are independent and identically distributed, we have<disp-formula id="equ23">
<mml:math id="m128">
<mml:mtable class="align" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mspace width="1em"/>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>We have a similar formula for <italic>h</italic>
<sub>2</sub>((<italic>X</italic>
<sub>1</sub>, <italic>Y</italic>
<sub>1</sub>), (<italic>X</italic>
<sub>2</sub>, <italic>Y</italic>
<sub>2</sub>)) in (B.7). Due to its length, we do not display it&#x20;here<italic>.</italic>
</p>
<p>If one assumes that <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> are independent, we can have a simpler formula for <italic>h</italic>
<sub>1</sub>, <italic>h</italic>
<sub>2</sub>, as well as their corresponding variances. We list the results below, with detailed calculations relegated to the appendix. One can see that under independence, the corresponding formulas are much simpler.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="lemma" id="Lemma_4_10">
<label>Lemma 4.10</label>
<p>When <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> are independent, we have the following. For (<italic>X</italic>, <italic>Y</italic>) and (<italic>X</italic>&#x2032;, <italic>Y</italic>&#x2032;) that are independent and identically distributed as (<italic>X</italic>
<sub>1</sub>, <italic>Y</italic>
<sub>1</sub>) and (<italic>X</italic>
<sub>2</sub>, <italic>Y</italic>
<sub>2</sub>)<italic>,</italic> we have<disp-formula id="e4_2">
<mml:math id="m129">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(4.2)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e4_3">
<mml:math id="m130">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(4.3)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e4_4">
<mml:math id="m131">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi mathvariant="italic">Var</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>36</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(4.4)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m132">
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> stands for the expectation operators with respect to <italic>X</italic>, <italic>X</italic> and <italic>X</italic>&#x2032;<italic>,</italic> <italic>Y</italic>, or <italic>Y</italic> and <italic>Y</italic>&#x2032;, whenever appropriate, respectively<italic>.</italic>
</p>
<p>If we have 0 &#x3c; &#x2009;Var(<italic>h</italic>
<sub>1</sub>) &#x3c; <italic>&#x221e;</italic>, it is known that the asymptotic distribution of &#x3a9;<sub>
<italic>n</italic>
</sub> is normal, as stated in the following. Note that based on Lemma 4.10, <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> cannot be independent; otherwise one should have <italic>h</italic>
<sub>1</sub> &#x3d; 0 almost surely. The following theorem is based on a known result on the convergence of U-statistics, seeing ([<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>], Chapter 5.5.1 Theorem A). We state it without a&#x20;proof.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="theorem" id="Theorem_4_11">
<label>Theorem 4.11</label>
<p>Suppose 0 &#x3c; &#x2009;<italic>Var</italic>(<italic>h</italic>
<sub>1</sub>) &#x3c; <italic>&#x221e;</italic> and <italic>Var</italic>(<italic>h</italic>
<sub>4</sub>) &#x3c; <italic>&#x221e;</italic>, then we have<disp-formula id="equ24">
<mml:math id="m133">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>moreover, we have<disp-formula id="equ25">
<mml:math id="m134">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,16</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="italic">Var</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>When <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> are independent, the asymptotic distribution of <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m135">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is no longer normal. In this case, from Lemma 4.10, we have<disp-formula id="equ26">
<mml:math id="m136">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mtext>&#x2009;almost&#x2009;surely</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;and&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>V</mml:mi>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>r</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>The following theorem, which applies a result in ([<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>], Chapter 5.5.2), indicates that <italic>n</italic>&#x3a9;<sub>
<italic>n</italic>
</sub> converges to a weighted sum of (possibly infinitely many) independent <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m137">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> random variables.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="theorem" id="Theorem_4_12">
<label>Theorem 4.12</label>
<p>If <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> are independent, the asymptotic distribution of &#x3a9;<sub>
<italic>n</italic>
</sub> is<disp-formula id="equ27">
<mml:math id="m138">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m139">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> i.i.d, <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>
<italic>&#x2019;s</italic> are the eigenvalues of operator <italic>G</italic> that is defined as<disp-formula id="equ28">
<mml:math id="m140">
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where function <italic>h</italic>
<sub>2</sub>((&#x22c5;, &#x22c5;), (&#x22c5;, &#x22c5;)) was defined in&#x20;(4.3).</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="proof" id="uProof_1">
<label>Proof</label>
<p>
<italic>T</italic>he asymptotic distribution of <italic>&#x3a9;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub> is from the result in ([<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>], Chapter&#x20;5.5.2).</p>
<p>See <xref ref-type="sec" rid="s4-3">Section 4.3</xref> for more details on methods for computing the value of <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>
<italic>&#x2019;s</italic>. In particular, we will show that we have <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m141">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="statement" rid="Corollary_4_15">Corollary 4.15</xref>) and <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m142">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (which is essentially from <xref ref-type="disp-formula" rid="e4_4">Eq. 4.4</xref> and <xref ref-type="statement" rid="Lemma_4_7">Lemma&#x20;4.7</xref>).</p>
</statement>
</p>
</sec>
<sec id="s4-3">
<title>4.3 Properties of Eigenvalues <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>
<italic>&#x2019;s</italic>
</title>
<p>From <xref ref-type="statement" rid="Theorem_4_12">Theorem 4.12</xref>, we see that the eigenvalues <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>
<italic>&#x2019;s</italic> play important role in determining the asymptotic distribution of <italic>&#x3a9;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub>
<italic>.</italic> We study its properties here. Throughout this subsection, we assume that <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> are independent. Let us recall that the asymptotic distribution of sample distance covariance <italic>&#x3a9;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub>
<italic>,</italic>
<disp-formula id="equ29">
<mml:math id="m143">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>
<italic>&#x2019;s</italic> are the eigenvalues of the operator <italic>G</italic> that is defined as&#x20;<disp-formula id="equ30">
<mml:math id="m144">
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where function h<sub>2</sub>((&#x22c5;, &#x22c5;), (&#x22c5;, &#x22c5;)) was defined in <xref ref-type="disp-formula" rid="e4_3">Eq. 4.3</xref>. By definition, eigenvalues <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>1</italic>
</sub>
<italic>, &#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>2</italic>
</sub>
<italic>, &#x2026;</italic> corresponding to distinct solutions of the following equation<disp-formula id="e4_5">
<mml:math id="m145">
<mml:mi>G</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mi>g</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(4.5)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>We now study the properties of <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>
<italic>&#x2019;s.</italic> Utilizing Lemma 12 and Eq. 4.4 in [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>], we can verify the following result. We give details of verifications in the <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Appendix</xref>.</p>
<p>
<statement content-type="lemma" id="Lemma_4_13">
<label>Lemma 4.13</label>
<p>Both of the following two functions are positive definite kernels:<disp-formula id="equ31">
<mml:math id="m146">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>and<disp-formula id="equ32">
<mml:math id="m147">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>The above result gives us a foundation to apply the equivalence result that has been articulated thoroughly in [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]. <italic>E</italic>quipped with the above lemma, we have the following result, which characterizes a property o<italic>f</italic> <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>
<italic>&#x2019;</italic>s. The detailed proof can be found in the <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Appendix</xref>.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="lemma" id="Lemma_4_14">
<label>Lemma 4.14</label>
<p>Suppose <italic>{&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>1</italic>
</sub>
<italic>, &#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>2</italic>
</sub>
<italic>, &#x2026;}</italic> are the set of eigenvalues of kernel 6h<sub>2</sub>((x<sub>1</sub>, y<sub>1</sub>), (x<sub>2</sub>, y<sub>2</sub>)), <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m148">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the sets of eigenvalues of the positive definite kernels h<sub>X</sub> and h<sub>Y</sub>, respectively. We have the following:<disp-formula id="equ33">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2297;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">{</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">}</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>that is, each <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> satisfying (4.5) can be written as, for some <italic>j, j&#x2032;</italic>,<disp-formula id="equ34">
<mml:math id="m151">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m152">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>and <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m153">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> are the eigenvalues corresponding to kernel functions <italic>h</italic>
<sub>
<italic>X</italic>
</sub>
<italic>(X</italic>
<sub>
<italic>1</italic>
</sub>
<italic>, X</italic>
<sub>
<italic>2</italic>
</sub>
<italic>)</italic> and <italic>h</italic>
<sub>
<italic>Y</italic>
</sub>
<italic>(Y</italic>
<sub>
<italic>1</italic>
</sub>
<italic>, Y</italic>
<sub>
<italic>2</italic>
</sub>
<italic>)</italic>, respectively.</p>
<p>Above lemma implies that eigenvalues of <italic>h</italic>
<sub>
<italic>2</italic>
</sub> could be obtained immediately after knowing the eigenvalues of <italic>h</italic>
<sub>
<italic>X</italic>
</sub> <italic>and</italic> <italic>h</italic>
<sub>
<italic>Y</italic>
</sub>
<italic>.</italic> But, in practice, there usually does not exist analytic solution for even the eigenvalues of <italic>h</italic>
<sub>
<italic>X</italic>
</sub> <italic>or</italic> <italic>h</italic>
<sub>
<italic>Y</italic>
</sub>
<italic>.</italic> Instead, given the observations <italic>(X</italic>
<sub>
<italic>1</italic>
</sub>
<italic>, &#x2026;, X</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub>
<italic>)</italic> and <italic>(Y</italic>
<sub>
<italic>1</italic>
</sub>
<italic>, &#x2026;, Y</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub>
<italic>)</italic>
<italic>,</italic> we can compute the eigenvalues of matrices <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m154">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m155">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x303;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> and use those empirical eigenvalues to approximate <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m156">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m157">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula>, and then consequently <italic>&#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>1</italic>
</sub>
<italic>, &#x3bb;</italic>
<sub>
<italic>2</italic>
</sub>
<italic>, &#x2026;</italic>
</p>
<p>We end this subsection with the following corollary on the summations of eigenvalues, which is necessary for the proof of <xref ref-type="statement" rid="Theorem_4_12">Theorem 4.12</xref>. The proof can be found in the <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Appendix</xref>.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="corollary" id="Corollary_4_15">
<label>Corollary 4.15</label>
<p>The aforementioned eigenvalues <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m158">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m159">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
</mml:math>
</inline-formula> satisfy<disp-formula id="equ35">
<mml:math id="m160">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>As a result, we have<disp-formula id="equ36">
<mml:math id="m161">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>and<disp-formula id="equ37">
<mml:math id="m162">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
</statement>
</p>
</sec>
<sec id="s4-4">
<title>4.4 Asymptotic Properties of Averaged Projected Sample Distance Covariance <inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m163">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>
</title>
<p>We have reviewed the properties of the statistics <italic>&#x3a9;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub> in a previous section (<xref ref-type="sec" rid="s4-2">Section 4.2</xref>). The disadvantage of directly applying <italic>&#x3a9;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub> (which is defined in <xref ref-type="disp-formula" rid="e2_5">Eq. 2.5</xref>) is that for multivariate <italic>X</italic> and <italic>Y</italic>
<italic>,</italic> the implementation may require at least <italic>O(n</italic>
<sup>
<italic>2</italic>
</sup>
<italic>)</italic> operations. Recall that for univariate <italic>X</italic> and <italic>Y</italic>, an <italic>O(n&#x2009;log&#x2009; n)</italic> algorithm exists, cf. <xref ref-type="statement" rid="Theorem_2_2">Theorem 2.2</xref>. The proposed estimator (<inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m164">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> in <xref ref-type="disp-formula" rid="e3_1">Eq. 3.1</xref>) is the averaged distance covariances, after randomly projecting <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> to one-dimensional spaces, respectively. In this section, we will study the asymptotic behavior of <inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m165">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>. It turns out that the analysis will be similar to the works in <xref ref-type="sec" rid="s4-2">Section 4.2</xref>. The asymptotic distribution of <inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m166">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> will differ in two cases: (1) the general case and (2) the case when <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> are independent.</p>
<p>As preparation for presenting the main result, we recall and introduce some notations. Recall the definition of <inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m167">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="equ38">
<mml:math id="m168">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where<disp-formula id="equ39">
<mml:math id="m169">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>and constants C<sub>p</sub>, C<sub>q</sub> have been defined at the end of <xref ref-type="sec" rid="s1">Section 1</xref>. By <xref ref-type="statement" rid="Corollary_4_4">Corollary 4.4</xref>, we have <inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m170">
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mfenced open="[" close="]">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m171">
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> stands for the expectation with respect to the random projection. Note that from the work in<xref ref-type="sec" rid="s4-2">Section 4.2</xref>, estimator <inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m172">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> is a U-statistic. The following equation reveals that estimator <inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m173">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is also a U-statistic,<disp-formula id="equ40">
<mml:math id="m174">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mfrac linethickness="0.0pt">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x225c;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mfrac linethickness="0.0pt">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:munder>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:munder>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where<disp-formula id="equ41">
<mml:math id="m175">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>We have seen that quantities h<sub>1</sub> and h<sub>2</sub> play significant roles in the asymptotic behavior of statistic &#x3a9;<sub>n</sub>. Let us define the counterpart notations as follows:<disp-formula id="e4_6">
<mml:math id="m176">
<mml:mtable class="eqnarray">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,3,4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x225c;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left"/>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3,4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x225c;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left"/>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(4.6)</label>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m177">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,3,4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> stands for taking expectation over <italic>(X</italic>
<sub>
<italic>2</italic>
</sub>
<italic>, Y</italic>
<sub>
<italic>2</italic>
</sub>
<italic>), (X</italic>
<sub>
<italic>3</italic>
</sub>
<italic>, Y</italic>
<sub>
<italic>3</italic>
</sub>
<italic>)</italic> and <italic>(X</italic>
<sub>
<italic>4</italic>
</sub>
<italic>, Y</italic>
<sub>
<italic>4</italic>
</sub>
<italic>)</italic>; <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m178">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3,4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> stands for taking expectation over <italic>(X</italic>
<sub>
<italic>3</italic>
</sub>
<italic>, Y</italic>
<sub>
<italic>3</italic>
</sub>
<italic>)</italic> and <italic>(X</italic>
<sub>
<italic>4</italic>
</sub>
<italic>, Y</italic>
<sub>
<italic>4</italic>
</sub>
<italic>)</italic>; as well as the following:<disp-formula id="equ42">
<mml:math id="m179">
<mml:mtable class="eqnarray-star">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2,3,4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3,4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>In the general case, we do not assume that <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> are independent. Let <italic>U &#x3d; (u</italic>
<sub>
<italic>1</italic>
</sub>
<italic>, &#x2026;, u</italic>
<sub>
<italic>K</italic>
</sub>
<italic>)</italic> and <italic>V &#x3d; (v</italic>
<sub>
<italic>1</italic>
</sub>
<italic>, &#x2026;, v</italic>
<sub>
<italic>K</italic>
</sub>
<italic>)</italic> denote the collection of random projections. We can write the variance of <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m180">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>as follows. The proof is an application of <xref ref-type="statement" rid="Lemma_4_7">Lemma 4.7</xref> and the law of total covariance. We relegate it to the <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Appendix</xref>.</p>
<p>
<statement content-type="lemma" id="Lemma_4_16">
<label>Lemma 4.16</label>
<p>Suppose <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m181">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Var</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m182">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Var</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, then, the variance of <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m183">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is<disp-formula id="equ43">
<mml:math id="m184">
<mml:mtable class="eqnarray-star">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:mi mathvariant="italic">Var</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Var</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>16</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Var</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right"/>
<mml:mtd columnalign="left"/>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>72</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Var</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>Equipped with the above lemma, we can summarize the asymptotic properties in the following theorem. We state it without proof as it is an immediate result from <xref ref-type="statement" rid="Lemma_4_16">Lemma 4.16</xref> as well as the contents in ([<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>], Chapter 5.5.1 Theorem&#x20;A).</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="theorem" id="Theorem_4_17">
<label>Theorem 4.17</label>
<p>Suppose <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m185">
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Var</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m186">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Var</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3c;</mml:mo>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>. Also, let us assume that <italic>K &#x2192; &#x221e;</italic>
<italic>,</italic> <italic>n &#x2192; &#x221e;</italic>, then we have<disp-formula id="equ44">
<mml:math id="m187">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>P</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>And, the asymptotic distribution of <inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m188">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> could differ under different conditions.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1) If <italic>K &#x2192; &#x221e;</italic> and <italic>K/n &#x2192; 0</italic>,&#x20;then</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="equ45">
<mml:math id="m189">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mrow>
<mml:mover>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Var</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>2) If <italic>n &#x2192; &#x221e;</italic> and <italic>K/n &#x2192; &#x221e;</italic>,&#x20;then</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="equ46">
<mml:math id="m190">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mrow>
<mml:mover>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0,16</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Var</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>3) If <italic>n &#x2192; &#x221e;</italic> and <italic>K/n &#x2192; C</italic>, where <italic>C</italic> is some constant,&#x20;then</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="equ47">
<mml:math id="m191">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mrow>
<mml:mover>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Var</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>16</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Var</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>Since our main idea is to utilize <inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m192">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> to approximate the quantity &#x3a9;<sub>n</sub>, it is of interest to compare the asymptotic variance of &#x3a9;<sub>n</sub> in <xref ref-type="statement" rid="Theorem_4_11">Theorem 4.11</xref> with the asymptotic variances in the above theorem. We present some discussions in the following remark.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="remark" id="Remark_4_18">
<label>Remark 4.18</label>
<p>Let us recall the asymptotic properties of &#x3a9;<sub>n</sub>,<disp-formula id="equ48">
<mml:math id="m193">
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,16</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="italic">Var</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>Then, we make the comparison in the following different scenarios.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1) If <italic>K &#x2192; &#x221e;</italic> and <italic>K/n &#x2192; 0</italic>, then the convergence rate of <inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m194">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is much slower than <italic>&#x3a9;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub> as <italic>K</italic> <italic>&#x226a;</italic>&#x20;<italic>n</italic>
<italic>.</italic>
</p>
</list-item>
<list-item>
<p>2) If <italic>n &#x2192; &#x221e;</italic> and <italic>K/n &#x2192; &#x221e;</italic>, then the convergence rate of <inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m195">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is the same with <italic>&#x3a9;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub> and their variances is also the&#x20;same</p>
</list-item>
<list-item>
<p>3) If <italic>n &#x2192; &#x221e;</italic> and <italic>K/n &#x2192; C</italic>, where <italic>C</italic> is some constant, then the convergence rate of <inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m196">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is the same with <italic>&#x3a9;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub> but the variance of <inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m197">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is larger than that of <italic>&#x3a9;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub>
<italic>.</italic>
</p>
</list-item>
</list>
</p>
<p>Generally, when <italic>X</italic> is not independent of Y, <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m198">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is as good as <italic>&#x3a9;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub> in terms of convergence rate. However, in the independence test, the convergence rate of test statistics under the null hypotheses is of more interest. In the following context of this section, we will show that <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m199">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> has the same convergence rate with <italic>&#x3a9;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub> when <italic>X</italic> is independent of&#x20;<italic>Y</italic>.</p>
<p>Now, let us consider the case that <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> are independent. Similarly, by <xref ref-type="statement" rid="Lemma_4_10">Lemma 4.10</xref>, we have<disp-formula id="equ49">
<mml:math id="m200">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>almost&#x2009;surely</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;and&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="italic">Var</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>And, by <xref ref-type="statement" rid="Lemma_4_1">Lemma 4.1</xref>, we know that<disp-formula id="equ50">
<mml:math id="m201">
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2200;</mml:mo>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>which implies<disp-formula id="equ51">
<mml:math id="m202">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Var</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>Therefore, we only need to consider <inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m203">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">Var</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Suppose <italic>(U, V)</italic> is given, a result in ([<xref ref-type="bibr" rid="B13">13</xref>], Chapter 5.5.2), together with <xref ref-type="statement" rid="Lemma_4_16">Lemma 4.16</xref>, indicates that <inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m204">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> converges to a weighted sum of (possibly infinitely many) independent <inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m205">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> random variables. The proof can be found in the <xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Appendix</xref>.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement>
<p>Theorem 4.19If <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> are independent, given the value of <italic>U &#x3d; (u</italic>
<sub>
<italic>1</italic>
</sub>
<italic>, &#x2026;, u</italic>
<sub>
<italic>K</italic>
</sub>
<italic>)</italic> and <italic>V &#x3d; (v</italic>
<sub>
<italic>1</italic>
</sub>
<italic>, &#x2026;, v</italic>
<sub>
<italic>K</italic>
</sub>
<italic>)</italic>, the asymptotic distribution of <inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m206">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> is<disp-formula id="equ52">
<mml:math id="m207">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m208">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> i.i.d, and<disp-formula id="equ53">
<mml:math id="m209">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">E</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
<disp-formula id="equ54">
<mml:math id="m210">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="script">V</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="remark" id="Remark_4_20">
<label>Remark 4.20</label>
<p>Let us recall that if <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> are independent, the asymptotic distribution of <italic>&#x3a9;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub> is<disp-formula id="equ55">
<mml:math id="m211">
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover>
<mml:mo>&#x2192;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement>
<p>
<bold>Theorem 4.19.</bold> shows that under the null hypotheses, <inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m212">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> enjoys the same convergence rate with <italic>&#x3a9;</italic>
<sub>
<italic>n</italic>
</sub>
<italic>.</italic>
</p>
<p>There usually does not exist a close-form expression for <inline-formula id="inf144">
<mml:math id="m213">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, but we can approximate it with the Gamma distribution whose first two moments matched. Thus, we have that <inline-formula id="inf145">
<mml:math id="m214">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> could be approximated <italic>by</italic> <italic>Gamma(&#x3b1;, &#x3b2;)</italic> with probability density function.<disp-formula id="equ56">
<mml:math id="m215">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x393;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>e</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3e;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where<disp-formula id="e4_7">
<mml:math id="m216">
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(4.7)</label>
</disp-formula>See [<xref ref-type="bibr" rid="B14">14</xref>] <xref ref-type="sec" rid="s3">Section 3</xref> for an empirical justification on this Gamma approximation. See [<xref ref-type="bibr" rid="B15">15</xref>] for a survey on different approximation methods of the weighted sum of the chi-square distribution.</p>
<p>The following result shows that both <inline-formula id="inf146">
<mml:math id="m217">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf147">
<mml:math id="m218">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> could be estimated from data, see appendix for the corresponding justification.</p>
</statement>
</p>
<p>
<statement content-type="proposition" id="Proposition_4_21">
<label>Proposition 4.21</label>
<p>We can approximate <inline-formula id="inf148">
<mml:math id="m219">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf149">
<mml:math id="m220">
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mo movablelimits="false" form="prefix">&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula> as follows:<disp-formula id="equ57">
<mml:math id="m221">
<mml:mtable class="align-star" columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>a</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd columnalign="right">
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x221e;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
</mml:mtd>
<mml:mtd columnalign="left">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>C</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:munderover accentunder="false" accent="false">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2211;</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:munderover>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>u</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>v</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
</statement>
</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<title>5 Simulations</title>
<p>Our numerical studies follow the works of [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B6">6</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]. In <xref ref-type="sec" rid="s5-1">Section 5.1</xref>, we study how the performance of the proposed estimator is influenced by some parameters, including the sample size, the dimensionalities of the data, as well as the number of random projections in our algorithm. We also study and compare the computational efficiency of the direct method and the proposed method in <xref ref-type="sec" rid="s5-2">Section 5.2</xref>. The comparison of the corresponding independence test with other existing methods will be included in <xref ref-type="sec" rid="s5-3">Section&#x20;5.3</xref>.</p>
<sec id="s5-1">
<title>5.1 Impact of Sample Size, Data Dimensions and the Number of Monte Carlo Iterations</title>
<p>
<italic>I</italic>n this part, we will use some synthetic data to study the impact of sample size <italic>n</italic>, data dimensions <italic>(p, q)</italic> and the number of the Monte Carlo iterations <italic>K</italic> on the convergence and test power of our proposed test statistic <inline-formula id="inf150">
<mml:math id="m222">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>. The significance level is set to be <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> <italic>&#x3d; 0.05</italic>
<italic>.</italic> Each experiment is repeated for <italic>N &#x3d; 400</italic> times to get reliable mean and variance of estimators.</p>
<p>In first two examples, we fix data dimensions <italic>p &#x3d; q &#x3d; 10</italic> and let the sample size <italic>n</italic> vary in 100, 500, 1000, 5000, 10000 and let the number of the Monte Carlo iterations <italic>K</italic> vary in 10, 50, 100, 500, and 1000. The data generation mechanism is described as follows, and it generates independent variables.</p>
<p>
<statement content-type="example" id="Example_5_1">
<label>Example 5.1</label>
<p>We generate random vectors <inline-formula id="inf151">
<mml:math id="m223">
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf152">
<mml:math id="m224">
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. Each entr<italic>y</italic> <italic>X</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> follows <italic>Unif(0, 1)</italic>, independent<italic>ly.</italic> Each entry <inline-formula id="inf153">
<mml:math id="m225">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, where <italic>Z</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> follows <italic>Unif(0, 1)</italic>
<italic>,</italic> independently.</p>
<p>See <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref> for the boxplots of the outcomes of <xref ref-type="statement" rid="Example_5_1">Example 5.1</xref>. In each subfigure, we fix the Monte Carlo Iteration Number <italic>K</italic> and let the number of observations <italic>n</italic> grow. It is worth noting that the scale of each subfigure could be different to display the entire boxplots. This experiment shows that the estimator converges to 0 regardless of the number of the Monte Carlo iterations. It also suggests that <italic>K &#x3d; 50</italic> Monte Carlo iterations should suffice in the independent&#x20;cases.</p>
<p>The following example is to study dependent variables.</p>
</statement>
</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Boxplots of estimators in <xref ref-type="statement" rid="Example_5_1">Example 5.1</xref>: dimension of <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> is fixed to be <italic>p &#x3d; q &#x3d; 10</italic>; the result is based on 400 repeated experiments. In each subplot, y-axis represents the value of distance covariance estimators.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fams-07-779841-g001.tif"/>
</fig>
<p>
<statement content-type="example" id="Example_5_2">
<label>Example 5.2</label>
<p>We generate random vectors <inline-formula id="inf154">
<mml:math id="m226">
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf155">
<mml:math id="m227">
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> Each entry <italic>X</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> follows <italic>Unif(0, 1)</italic>
<italic>,</italic> independently. Let <italic>Y</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> denote the <italic>i</italic>-th entry of <italic>Y</italic>
<italic>.</italic> We let <inline-formula id="inf156">
<mml:math id="m228">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf157">
<mml:math id="m229">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula> The rest entry of <italic>Y</italic>, <inline-formula id="inf158">
<mml:math id="m230">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, <italic>i &#x3d; 3, &#x2026;, 10</italic>, where <italic>Z</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> follows <italic>Unif(0, 1)</italic>, independently.</p>
<p>See <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref> for the boxplots of the outcomes of <xref ref-type="statement" rid="Example_5_2">Example 5.2</xref>. In each subfigure, we fix the number of the Monte Carlo iterations <italic>K</italic> and let the number of observations <italic>n</italic> grow. This exam<italic>ple</italic> shows that if <italic>K</italic> is fixed, the variation of the estimator remains regardless of the sample size <italic>n</italic>
<italic>.</italic> In the dependent cases, the number of the Monte Carlo iterations <italic>K</italic> plays a more important role in estimator convergence than sample size&#x20;<italic>n</italic>.</p>
<p>The outcomes of <xref ref-type="statement" rid="Example_5_1">Example 5.1</xref> and <xref ref-type="statement" rid="Example_5_2">5.2</xref> confirm the theoretical results that the proposed estimator converges to 0 as sample size <italic>n</italic> grows in the independent case, and converges to some nonzero number as the number of the Monte Carlo iterations <italic>K</italic> grows in the dependent&#x20;case.</p>
<p>In the following two examples, we fix the sample size <italic>n &#x3d; 2000</italic> as we noticed that our method is more efficient than the direct method when <italic>n</italic> is large. We fix the number of the Monte Carlo iterations <italic>K &#x3d; 50</italic> and relax the restriction on the data dimensions to allow <italic>p &#x2260; q</italic> and let <italic>p, q</italic> vary in <italic>(10, 50, 100, 500, 1000)</italic>. We continue with an independent case as follows.</p>
</statement>
</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>Boxplots of our estimators in <xref ref-type="statement" rid="Example_5_2">Example 5.2</xref>: dimension of <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> is fixed to be <italic>p &#x3d; q &#x3d; 10</italic>; the result is based on 400 repeated experiments. In each subplot, y-axis represents the value of distance covariance estimators.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fams-07-779841-g002.tif"/>
</fig>
<p>
<statement content-type="example" id="Example_5_3">
<label>Example 5.3</label>
<p>We generate random vectors <inline-formula id="inf159">
<mml:math id="m231">
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf160">
<mml:math id="m232">
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. Each entry of X follows <italic>Unif(0, 1)</italic>
<italic>,</italic> independently. Each entry <inline-formula id="inf161">
<mml:math id="m233">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:math>
</inline-formula>, where <italic>Z</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub> follows <italic>Unif(0, 1)</italic>
<italic>,</italic> independently.</p>
<p>See <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3</xref> for the boxplots of the outcomes of <xref ref-type="statement" rid="Example_5_3">Example 5.3</xref>. In each subfigure, we fix the dimension of <italic>X</italic> and let the dimension of <italic>Y</italic> grow. It is worth noting that the scale of each subfigure could be different to display the entire boxplots. It shows that the proposed estimator converges fairly fast in independent cases regardless of the dimension of the&#x20;data.</p>
<p>The following presents a dependent case. In this case, only a small number of entries in <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> are dependent, which means that the dependency structure between <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> is low-dimensional though <italic>X</italic> or <italic>Y</italic> could be of high dimensions.</p>
</statement>
</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>Boxplot of Estimators in <xref ref-type="statement" rid="Example_5_3">Example 5.3</xref>: both sample size and the number of Monte Carlo iterations is fixed, <italic>n &#x3d; 2000</italic>
<italic>,</italic> <italic>K &#x3d; 50</italic>; the result is based on 400 repeated experiments. In each subplot, y-axis represents the value of distance covariance estimators.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fams-07-779841-g003.tif"/>
</fig>
<p>
<statement content-type="example" id="Example_5_4">
<label>Example 5.4</label>
<p>We generate random vectors <inline-formula id="inf162">
<mml:math id="m234">
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf163">
<mml:math id="m235">
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>. Each entry of <italic>X</italic> follow<italic>s</italic> <italic>Unif(0, 1)</italic>, independently. We let the first 5 entries of <italic>Y</italic> to be the square of the first 5 entries of <italic>X</italic> and let the rest entries of <italic>Y</italic> to be the square of some independent <italic>Unif(0, 1)</italic> random variables. Specifically, we let <inline-formula id="inf164">
<mml:math id="m236">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>5</mml:mn>
</mml:math>
</inline-formula>, and, <inline-formula id="inf165">
<mml:math id="m237">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>6</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, where <italic>Z</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>
<italic>&#x2019;s</italic> are drawn independently from <italic>Unif(0,&#x20;1)</italic>
<italic>.</italic>
</p>
<p>See <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4</xref> for the boxplots of the outcomes of <xref ref-type="statement" rid="Example_5_4">Example 5.4</xref>. In each subfigure, we fix the dimension of <italic>X</italic> <italic>a</italic>nd let the dimension of <italic>Y</italic> grow. The test power of the proposed test against data dimensions can be seen in <xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref>. It is worth noting that when the sample size is fixed, the test power of our method decays as the dimension of <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> increase. We use the Direct Distance Covariance (DDC) defined in <xref ref-type="disp-formula" rid="e2_5">Eq. 2.5</xref> on the same data. As a contrast, the test power of DDC is 1.000 even <italic>p &#x3d; q &#x3d; 1000</italic>
<italic>.</italic> This example raises a limitation of random projection: it may fail to detect the low dimensional dependency in high dimensional data. A possible remedy for this issue is performing dimension reduction before applying the proposed method. We do not research further along this direction since it is beyond the scope of this&#x20;paper.</p>
</statement>
</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Boxplots of the proposed estimators in <xref ref-type="statement" rid="Example_5_4">Example 5.4</xref>: both sample size and the number of the Monte Carlo iterations are fixed: <italic>n &#x3d; 2000</italic> and <italic>K &#x3d; 50</italic>; the result is based on 400 repeated experiments. In each subplot, y-axis represents the value of distance covariance estimators.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fams-07-779841-g004.tif"/>
</fig>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>Test Power in <xref ref-type="statement" rid="Example_5_4">Example 5.4</xref>: this result is based 400 repeated experiments; the significance level is 0.05.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th rowspan="2" align="left">Dimension of <italic>X</italic>: p</th>
<th colspan="5" align="center">Dimension of <italic>Y</italic>: q</th>
</tr>
<tr>
<th align="center">10</th>
<th align="center">50</th>
<th align="center">100</th>
<th align="center">500</th>
<th align="center">1000</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">10</td>
<td align="char" char=".">1.0000</td>
<td align="char" char=".">1.0000</td>
<td align="char" char=".">1.0000</td>
<td align="char" char=".">1.0000</td>
<td align="char" char=".">0.9975</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">50</td>
<td align="char" char=".">1.0000</td>
<td align="char" char=".">1.0000</td>
<td align="char" char=".">1.0000</td>
<td align="char" char=".">0.7775</td>
<td align="char" char=".">0.4650</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">100</td>
<td align="char" char=".">1.0000</td>
<td align="char" char=".">1.0000</td>
<td align="char" char=".">0.9925</td>
<td align="char" char=".">0.4875</td>
<td align="char" char=".">0.1800</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">500</td>
<td align="char" char=".">0.9950</td>
<td align="char" char=".">0.8150</td>
<td align="char" char=".">0.4425</td>
<td align="char" char=".">0.1225</td>
<td align="char" char=".">0.0975</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">1000</td>
<td align="char" char=".">0.9900</td>
<td align="char" char=".">0.4000</td>
<td align="char" char=".">0.2125</td>
<td align="char" char=".">0.0900</td>
<td align="char" char=".">0.0475</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s5-2">
<title>5.2 Comparison With Direct Method</title>
<p>In this section, we would like to illustrate the computational and space efficiency of the proposed method (RPDC). RPDC is much faster than the direct method (DDC, <xref ref-type="disp-formula" rid="e2_5">Eq. 2.5</xref>) when the sample size is large. It is worth noting that DDC is infeasible when the sample size is too large as its space complexity is <italic>O(n</italic>
<sup>
<italic>2</italic>
</sup>
<italic>)</italic>. See <xref ref-type="table" rid="T2">Table&#x20;2</xref> for a comparison of computing time (unit: second) against the sample size <italic>n</italic>
<italic>.</italic> This experiment is run on a laptop (MacBook Pro Retina, 13-inch, Early 2015, 2.7&#xa0;GHz Intel Core i5, 8&#xa0;GB 1867&#xa0;MHz DDR3) with MATLAB R2016b (9.1.0.441655).</p>
<table-wrap id="T2" position="float">
<label>TABLE 2</label>
<caption>
<p>Speed Comparison: Direct Distance Covariance vs. Randomly Projected Distance Covariance.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Sample size</th>
<th align="center">&#x3a9;<sub>
<italic>n</italic>
</sub>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf166">
<mml:math id="m238">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">&#x3a9;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x304;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">&#xa0;100</td>
<td align="char" char="(">0.0043 (0.0047)</td>
<td align="char" char="(">0.0207 (0.0037)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#xa0;500</td>
<td align="char" char="(">0.0210 (0.0066)</td>
<td align="char" char="(">0.0770 (0.0086)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#xa0;1000</td>
<td align="char" char="(">0.0624 (0.0047)</td>
<td align="char" char="(">0.1685 (0.0141)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#xa0;2000</td>
<td align="char" char="(">0.2349 (0.0133)</td>
<td align="char" char="(">0.3568 (0.0169)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#xa0;4000</td>
<td align="char" char="(">0.9184 (0.0226)</td>
<td align="char" char="(">0.7885 (0.0114)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#xa0;8000</td>
<td align="char" char="(">7.2067 (0.4669)</td>
<td align="char" char="(">1.7797 (0.0311)</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">&#xa0;16000</td>
<td align="center">&#x2014;</td>
<td align="char" char="(">3.7539 (0.0289)</td>
</tr>
</tbody>
</table>
<table-wrap-foot>
<fn>
<p>This table is based on 100 repeated experiments, the dimension of <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> is fixed to be <italic>p &#x3d; q &#x3d; 10</italic> and the number of Monte Carlo Iterations in RPDC is <italic>K &#x3d; 50</italic>. The number outside of the brackets is the mean and the number inside of the brackets is the standard deviation.</p>
</fn>
</table-wrap-foot>
</table-wrap>
</sec>
<sec id="s5-3">
<title>5.3 Comparison With Other Independence Tests</title>
<p>In this part, we compare the statistical test power of the proposed test (RPDC) with Hilbert-Schmidt Independence Criterion (HSIC) [<xref ref-type="bibr" rid="B4">4</xref>] as HSIC is gaining attention in machine learning and statistics communities. In our experiments, a Gaussian kernel with standard deviation <italic>&#x3c3; &#x3d; 1</italic> is used for HSIC. We also compare with Randomized Dependence Coefficient (RDC) [<xref ref-type="bibr" rid="B16">16</xref>], which utilizes the technique of random projection as we do. Two classical tests for multivariate independence, which are described below, are included in the comparison as well as Direct Distance Covariance (DDC) defined in <xref ref-type="disp-formula" rid="e2_5">Eq. 2.5</xref>.<list list-type="simple">
<list-item>
<p>
<italic>&#x2022;</italic> Wilks Lambda (WL): the likelihood ratio test of hypotheses &#x3a3;<sub>12</sub> &#x3d; 0 with <italic>&#x3bc;</italic> <italic>un</italic>known is based&#x20;on</p>
</list-item>
</list>
<disp-formula id="equ58">
<mml:math id="m239">
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>det</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>det</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>det</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>det</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>det</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>where det(&#x22c5;) is the determinant, <italic>S</italic>, <italic>S</italic>
<sub>
<italic>11</italic>
</sub> and <italic>S</italic>
<sub>
<italic>22</italic>
</sub> denote the sample covariances of <italic>(X, Y)</italic>, <italic>X</italic> and <italic>Y</italic>
<italic>,</italic> respectively, and <italic>S</italic>
<sub>
<italic>12</italic>
</sub> is the sample covariance <inline-formula id="inf167">
<mml:math id="m240">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mrow>
<mml:mtext>Cov</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x302;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Under multivariate normality, the test statistic<disp-formula id="equ59">
<mml:math id="m241">
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>log</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>det</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>has the Wilks Lambda distribution &#x39b;(q, n &#x2212; 1&#x20;&#x2212; p, p), see&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B17">17</xref>].</p>
<p>
<italic>&#x2022;</italic> Puri-Sen (PS) statistics: [<xref ref-type="bibr" rid="B18">18</xref>], Chapter 8, proposed similar tests based on more general sample dispersion matrices <italic>T</italic>
<italic>.</italic> In that test <italic>S, S</italic>
<sub>
<italic>11</italic>
</sub>
<italic>, S</italic>
<sub>
<italic>12</italic>
</sub> <italic>and S</italic>
<sub>
<italic>22</italic>
</sub> are replaced by <italic>T, T</italic>
<sub>
<italic>11</italic>
</sub>
<italic>, T</italic>
<sub>
<italic>12</italic>
</sub> <italic>and T</italic>
<sub>
<italic>22</italic>
</sub>
<italic>,</italic> where <italic>T</italic> could be a matrix of Spearman&#x2019;s rank correlation statistics. Then, the test statistic becomes<disp-formula id="equ60">
<mml:math id="m242">
<mml:mi>W</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>log</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>det</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>
</p>
<p>
<italic>T</italic>he critical values of the Wilks Lambda (WL) and Puri-Sen (PS) statistics are given by Bartlett&#x2019;s approximation ([<xref ref-type="bibr" rid="B19">19</xref>], Section 5.3.2b): if <italic>n</italic> is large and <italic>p, q &#x3e; 2</italic>, then<disp-formula id="equ61">
<mml:math id="m243">
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfenced open="(" close=")">
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfenced>
<mml:mi>log</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>det</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>I</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>22</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>21</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>11</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>12</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</disp-formula>has an approximation <italic>&#x3c7;</italic>
<sup>
<italic>2</italic>
</sup>
<italic>(pq)</italic> distribution.</p>
<p>The reference distributions of RDC and HSIC are approximated by 200 permutations. And the reference distributions of DDC and RPDC are approximated by Gamma Distribution. The significance level is set to be <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> <italic>&#x3d; 0.05</italic> and each experiment is repeated for <italic>N &#x3d; 400</italic> times to get reliable type-I error/test&#x20;power.</p>
<p>We start with an example that <italic>(X, Y)</italic> is multivariate normal. In this case, WL and PS are expected to be optimal as the assumptions of these two classical tests are satisfied. Surprisingly, DDC has comparable performance with the aforementioned two methods. RPDC can achieve satisfactory performance when the sample size is reasonably&#x20;large.</p>
<p>
<statement content-type="example" id="Example_5_5">
<label>Example 5.5</label>
<p>We set the dimension of the data to be <italic>p &#x3d; q &#x3d; 10</italic>
<italic>.</italic> We generate random vectors <inline-formula id="inf168">
<mml:math id="m244">
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf169">
<mml:math id="m245">
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> from the standard multivariate normal distribution <inline-formula id="inf170">
<mml:math id="m246">
<mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
<italic>.</italic> The joint distribution of <italic>(X, Y)</italic> is also normal and we have <italic>Cor(X</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>
<italic>, Y</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>
<italic>) &#x3d; &#x3c1;, i &#x3d; 1, &#x2026;, 10</italic>
<italic>,</italic> and the rest correlation are all 0. We set the value o<italic>f</italic> <italic>&#x3c1;</italic> to be 0 and 0.1 to represent independent and correlated scenarios, respectively. The sample size <italic>n</italic> is set to be from 100 to 1500 with an increment of&#x20;100.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5</xref> plots the type-I error in subfigure (a) and test power in subfigure (b) against sample size. In the independence case <italic>(&#x3c1; &#x3d; 0.0)</italic>, the type-I error of each test is always around the <italic>significance</italic> level <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> <italic>&#x3d; 0.05</italic>, which implies the Gamma approximation works well for asymptotic distributions. In the dependent case (&#x3c1; &#x3d; 0.1), the overall performance of RPDC is close to HSIC and RPDC outperforms when the sample size is smaller and underperforms when the sample size is larger. Unfortunately, RDC&#x2019;s test power is insignificant.</p>
<p>Next, we compare those methods when <italic>(X, Y)</italic> is no longer multivariate normal and the dependency between <italic>X</italic> and <italic>Y</italic> is non-linear. We even add a noise term to compare their performance in both low and high noise-to-signal ratio scenarios. In this case, DDC and RPDC are much better than WL, PS, and RDC. The performance of HSIC is close to DDC and RPDC when the noise is low but much worse than those two when the noise is&#x20;high.</p>
</statement>
</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>Type-I Error/Test Power vs. Sample Size <italic>n</italic> in <xref ref-type="statement" rid="Example_5_5">Example 5.5</xref>: the result is based on 400 repeated experiments.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fams-07-779841-g005.tif"/>
</fig>
<p>
<statement content-type="example" id="Example_5_6">
<label>Example 5.6</label>
<p>We set the dimension of data to be <italic>p &#x3d; q &#x3d; 10</italic>. We generate random vector <inline-formula id="inf171">
<mml:math id="m247">
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> from the standard multivariate normal distribution <inline-formula id="inf172">
<mml:math id="m248">
<mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Let the <italic>i</italic>-th entry of <italic>Y</italic> be <inline-formula id="inf173">
<mml:math id="m249">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>log</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, where <italic>&#x3f5;</italic>
<sub>
<italic>i</italic>
</sub>
<italic>&#x2019;s</italic> are independent random errors, <inline-formula id="inf174">
<mml:math id="m250">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We set the value of <italic>&#x3c3;</italic> to be 1 and 3 to represent low and high noise ratios, respectively. In the <italic>&#x3c3; &#x3d; 1</italic> case, the sample size <italic>n</italic> is from 100 to 1000 with an increment 20; and in the <italic>&#x3c3; &#x3d; 3</italic> case, the sample size <italic>n</italic> <italic>i</italic>s from 100 to 4000 with an increment&#x20;100.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6</xref> plots the test power of each test against sample size. In both low and high noise cases, none of WL, PS, and RDC has any test power. In the low noise case, all of RPDC, DDC, and HSIC have satisfactory test power <italic>(&#x3e; 0.9)</italic> when the sample size is greater than 300. In the high noise case, RPDC and DDC could achieve more than 0.8 in test power once the sample size is greater than 500 while the test power of HSIC reaches 0.8 when the sample size is more than&#x20;2000.</p>
<p>In the following example, we generate the data similarly with <xref ref-type="statement" rid="Example_5_6">Example 5.6</xref> but the difference is that the dependency is changing over time. Specifically, <italic>X</italic> <italic>and</italic> <italic>Y</italic> are independent at the beginning but they become dependent after some time point. Since all those tests are invariant with the order of the observations, this experiment simply means that only a proportion of observations are dependent while the rest are&#x20;not.</p>
</statement>
</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Test Power vs. Sample Size <italic>n</italic> in Example 5.6: significance level is <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> <italic>&#x3d; 0.05</italic>; the result is based on <italic>N &#x3d; 400</italic> repeated experiments.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fams-07-779841-g006.tif"/>
</fig>
<p>
<statement content-type="example" id="Example_5_7">
<label>Example 5.7</label>
<p>We set the dimension of data to be p &#x3d; q &#x3d; 10. We generate random vector <inline-formula id="inf175">
<mml:math id="m251">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, from the standard&#x20;multivariate normal distribution <inline-formula id="inf176">
<mml:math id="m252">
<mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Let the <italic>i</italic>
<italic>-</italic>th entry of <italic>Y</italic>
<sub>
<italic>t</italic>
</sub> be <inline-formula id="inf177">
<mml:math id="m253">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>log</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf178">
<mml:math id="m254">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>log</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>X</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2026;</mml:mo>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, where <inline-formula id="inf179">
<mml:math id="m255">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>Z</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mspace width="0.28em"/>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="bold">I</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <italic>&#x3f5;</italic>
<sub>
<italic>t,i</italic>
</sub>
<italic>&#x2019;s</italic> are independent random errors, <inline-formula id="inf180">
<mml:math id="m256">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3f5;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>i</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x223c;</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="script">N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0,1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. We set the value of <italic>T</italic> to be <italic>0.5n</italic> and <italic>0.8n</italic> to represent early and late dependency transition, respectively. In the early change case, the sample size <italic>n</italic> is from 500 to 2000 with an increment 100; and in the late change case, the sample size <italic>n</italic> is from 500 to 4000 with an increment&#x20;100.</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7</xref> plots the test power of each test against sample&#x20;size. In both early and late change cases, none of WL, PS, and RDC has any test power. In the early change case, all of RPDC, DDC, and HSIC have satisfactory test power <italic>(&#x3e; 0.9)</italic> when the sample size is greater than 1500. In the late change case, DDC and HSIC could achieve more than 0.8 in test power once sample size reaches 4000 while the test power of RPDC is only 0.6 when the sample size is 4000. As expected, the performance of DDC is better than RPDC in both cases and the performance of HSIC is between DDC and&#x20;RPDC.</p>
</statement>
</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Test Power vs. Sample Size <italic>n</italic> in <xref ref-type="statement" rid="Example_5_7">Example 5.7</xref>: significance level is <italic>&#x3b1;</italic>
<sub>
<italic>s</italic>
</sub> <italic>&#x3d; 0.05</italic>; the result is based on <italic>N &#x3d; 400</italic> repeated experiments.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fams-07-779841-g007.tif"/>
</fig>
<p>
<statement content-type="remark" id="Remark_5_8">
<label>Remark 5.8</label>
<p>The examples in this subsection show that though RPDC underperforms DDC when the sample size is relatively small, RPDC could achieve the same test power with DDC when the sample size is sufficiently large. Thus, when the sample size is large enough, RPDC is superior to DDC because of its computational efficiency in both time and&#x20;space.</p>
</statement>
</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s6">
<title>6 Discussions</title>
<sec id="s6-1">
<title>6.1 A Discussion on the Computational Efficiency</title>
<p>We compare the computational efficiency of the proposed method (RPDC) and the direct method (DDC) in <xref ref-type="sec" rid="s5-2">Section 5.2</xref>. We will discuss this issue&#x20;here.</p>
<p>As <inline-formula id="inf181">
<mml:math id="m257">
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf182">
<mml:math id="m258">
<mml:mi>Y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2208;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="double-struck">R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula> are multivariate random variables, the effect of <italic>p</italic> and <italic>q</italic> on computing time could be significant when <italic>p</italic> and <italic>q</italic> are not negligible compared to sample size <italic>n</italic>
<italic>.</italic> Now, we analyze the computational efficiency of DDC and RPDC by taking <italic>p</italic> and <italic>q</italic> into consideration. The computational complexity of DDC becomes <italic>O(n</italic>
<sup>
<italic>2</italic>
</sup>
<italic>(p &#x2b; q))</italic> and that of RPDC becomes <italic>O(nK(&#x2009;log&#x2009; n &#x2b; p &#x2b; q))</italic>. Let us denote the total number of operations in DDC by <italic>O</italic>
<sub>
<italic>1</italic>
</sub> and that in RPDC by <italic>O</italic>
<sub>
<italic>2</italic>
</sub>. Then, there exist constants <italic>L</italic>
<sub>
<italic>1</italic>
</sub> and <italic>L</italic>
<sub>
<italic>2</italic>
</sub> such that<disp-formula id="equ62">
<mml:math id="m259">
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mtext>,&#x2009;and&#x2009;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2248;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mi>L</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>log</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>p</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>q</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo stretchy="false">)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
</disp-formula>There is no doubt that <italic>O</italic>
<sub>
<italic>2</italic>
</sub> will eventually be much less than <italic>O</italic>
<sub>
<italic>1</italic>
</sub> as sample size <italic>n</italic> grows. Due to the complexity of the fast algorithm, we expec<italic>t</italic> <italic>L</italic>
<sub>
<italic>2</italic>
</sub> <italic>&#x3e; L</italic>
<sub>
<italic>1</italic>
</sub>, which means the computing time of RPDC is even larger than DDC when the sample size is relatively small. Then, we need to study an interesting problem: what is the break-even point in terms of sample size <italic>n</italic> when RPDC and DDC have the same computing time?</p>
<p>Let <italic>n</italic>
<sub>
<italic>0</italic>
</sub> <italic>&#x3d; n</italic>
<sub>
<italic>0</italic>
</sub>
<italic>(p &#x2b; q, K)</italic> denote the break-even point, which is a function of <italic>p &#x2b; q</italic> and number of Monte Carlo iterations <italic>K</italic>. For simplicity, we fix <italic>K &#x3d; 50</italic> since 50 iterations could achieve satisfactory test power as we showed in <xref ref-type="statement" rid="Example_5_4">Example 5.4</xref>. Then, <italic>n</italic>
<sub>
<italic>0</italic>
</sub> becomes a function solely depending on <italic>p &#x2b; q</italic>
<italic>.</italic> Since it is hard to derive the close form of <italic>n</italic>
<sub>
<italic>0</italic>
</sub>, we derive it numerically instead. For fixed <italic>p &#x2b; q</italic>, we let the sample size vary and record the difference between the running time of the two methods. Then, we fit the difference of running time against sample size with a smoothing spline. The root of this spline is the numerical value of <italic>n</italic>
<sub>
<italic>0</italic>
</sub> at <italic>p &#x2b;&#x20;q</italic>
<italic>.</italic>
</p>
<p>We plot the <italic>n</italic>
<sub>
<italic>0</italic>
</sub> against <italic>p &#x2b; q</italic> in <xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8</xref>. As the figure shows, the break-even sample size decreases as the data dimension increases, which implies that our proposed method is more advantageous than the direct method when random variables are of high dimension. However, as shown in Example 5.4, the random projection-based method does not perform well when high dimensional data have a low dimensional dependency structure. We should be cautious to use the proposed method when the dimension is&#x20;high.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>Break-Even Sample Size <italic>n</italic>
<sub>
<italic>0</italic>
</sub> against Data Dimension <italic>p &#x2b; q</italic>. This figure is based on 100 repeated experiments.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fams-07-779841-g008.tif"/>
</fig>
</sec>
<sec id="s6-2">
<title>6.2 Connections With Existing Literature</title>
<p>It turns out that distance-based methods are not the only choices in independence tests. See [<xref ref-type="bibr" rid="B20">20</xref>] and the references therein to see alternatives.</p>
<p>Our proposed method utilizes random projections, which bears a similarity with the randomized feature mapping strategy [<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>] that was developed in the machine learning community. Such an approach has been proven to be effective in kernel-related methods [<xref ref-type="bibr" rid="B22">22</xref>&#x2013;<xref ref-type="bibr" rid="B26">26</xref>]. However, a closer examination will reveal the following difference: most of the aforementioned work is rooted in the Bochner&#x2019;s theorem [<xref ref-type="bibr" rid="B27">27</xref>] from harmonic analysis, which states that a continuous kernel in the Euclidean space is positive definite if and only if the kernel function is the Fourier transform of a non-negative measure. In this paper, we will deal with the distance function which is not a positive definite kernel. We will manage to derive a counterpart to the randomized feature mapping, which was the influential idea that has been used in&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B21">21</xref>].</p>
<p>Random projections have been used in [<xref ref-type="bibr" rid="B28">28</xref>] to develop a powerful two-sample test in high dimensions. They derived an asymptotic power function for their proposed test, and then provide sufficient conditions for their test to achieve greater power than other state-of-the-art tests. They then used the receiver operating characteristic (ROC) curves (that are generated from simulated data) to evaluate its performance against competing tests. The derivation of the asymptotic relative efficiency (ARE) is of its own interests. Despite the usage of random projection, the details of their methodology are very different from the one that is studied in the present&#x20;paper.</p>
<p>Several distribution-free tests that are based on sample space partitions were suggested in [<xref ref-type="bibr" rid="B29">29</xref>] for univariate random variables. They proved that all suggested tests are consistent and showed the connection between their tests and the mutual information (MI). Most importantly, they derived fast (polynomial-time) algorithms, which are essential for large sample size, since the computational complexity of the naive algorithm is exponential in sample size. Efficient implementations of all statistics and tests described in the aforementioned paper are available in the R package HHG, which can be freely downloaded from the Comprehensive R Archive Network, <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="http://cran.r-project.org/">http://cran.r-project.org/</ext-link>. Null tables can be downloaded from the first author&#x2019;s website.</p>
<p>Distance-based independence/dependence measurements sometimes have been utilized in performing a greedy feature selection, often <italic>via</italic> dependence maximization [<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B30">30</xref>,<xref ref-type="bibr" rid="B31">31</xref>], and it has been effective on some real-world datasets. This paper simply mentions such a potential research line, without pursuing&#x20;it.</p>
<p>Paper [<xref ref-type="bibr" rid="B32">32</xref>] derives an efficient approach to compute for the conditional distance correlations. We noted that there are strong resemblances between the distance covariances and its conditional version. The search for a potential extension of the work in this paper to conditional distance correlation can be a meaningful future topic of research.</p>
<p>Paper [<xref ref-type="bibr" rid="B33">33</xref>] provides some important insights into the power of distance covariance for multivariate data. In particular, they discover that distance-based independence tests have limiting power under some less common circumstances. As a remedy, they propose tests based on an aggregation of marginal sample distance and extend their approach to those based on Hilbert-Schmidt covariance and marginal distance/Hilbert-Schmidt covariance. It could be another interesting research direction but beyond the scope of this&#x20;paper.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s7">
<title>7 Conclusion</title>
<p>A significant contribution of this paper is we demonstrated that the multivariate variables in the independence tests need not imply the higher-order computational desideratum of the distance-based methods.</p>
<p>Distance-based methods are important in statistics, particularly in the test of independence. When the random variables are univariate, efficient numerical algorithms exist. It is an open question when the random variables are multivariate. This paper studies the random projection approach to tackle the above problem. It first turns the multivariate calculation problem into univariate calculation one via a random projection. Then they study how the average of those statistics out of the projected (therefore univariate) samples can approximate the distance-based statistics that were intended to use. Theoretical analysis was carried out, which shows that the loss of asymptotic efficiency (in the form of the asymptotic variance of the test statistics) is likely insignificant. The new method can be numerically much more efficient, when the sample size is large, which is well-expected under this information (or big-date) era. Simulation studies validate the theoretical statements. The theoretical analysis takes advantage of some newly available results, such as the equivalence of the distance-based methods with the reproducible kernel Hilbert spaces [<xref ref-type="bibr" rid="B12">12</xref>]. The numerical methods utilize a recently appeared algorithm in&#x20;[<xref ref-type="bibr" rid="B8">8</xref>].</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s8">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/<xref ref-type="sec" rid="s12">Supplementary Material</xref>, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec id="s9">
<title>Author Contributions</title>
<p>All authors listed have made a substantial, direct, and intellectual contribution to the work and approved it for publication.</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s10">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s11">
<title>Publisher&#x2019;s Note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ack>
<p>This material was based upon work partially supported by the National Science Foundation under Grant DMS-1127914 to the Statistical and Applied Mathematical Sciences Institute. Any opinions, findings, and conclusions, or recommendations expressed in this material are those of the author(s) and do not necessarily reflect the views of the National Science Foundation. This work has also been partially supported by NSF grant DMS-1613152.</p>
</ack>
<sec id="s12">
<title>Supplementary Material</title>
<p>The Supplementary Material for this article can be found online at: <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fams.2021.779841/full#supplementary-material">https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fams.2021.779841/full&#x23;supplementary-material</ext-link>
</p>
<supplementary-material xlink:href="DataSheet1.zip" id="SM1" mimetype="application/zip" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink"/>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<label>1.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>David</surname>
<given-names>N</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yakir</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hilary</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sharon</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Peter</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Eric</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<etal/>
</person-group>
<article-title> Detecting Novel Associations in Large Data Sets</article-title>. <source>Science</source> (<year>2011</year>) <volume>334</volume>(<issue>6062</issue>):<fpage>1518</fpage>&#x2013;<lpage>24</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<label>2.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Schweizer</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wolff</surname>
<given-names>EF</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>On Nonparametric Measures of Dependence for Random Variables</article-title>. <source>Ann Stat</source> (<year>1981</year>) <fpage>879</fpage>&#x2013;<lpage>85</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1214/aos/1176345528</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<label>3.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Siburg</surname>
<given-names>KF</given-names>
</name>
<name>
<surname>Stoimenov</surname>
<given-names>PA</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A Measure of Mutual Complete Dependence</article-title>. <source>Metrika</source> (<year>2010</year>) <volume>71</volume>(<issue>2</issue>):<fpage>239</fpage>&#x2013;<lpage>51</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00184-008-0229-9</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B4">
<label>4.</label>
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gretton</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bousquet</surname>
<given-names>O</given-names>
</name>
<name>
<surname>Smola</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sch&#xf6;lkopf</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Measuring Statistical Dependence with hilbert-schmidt Norms</article-title>. <conf-name>International Conference on Algorithmic Learning Theory</conf-name>. <publisher-name>Springer</publisher-name> (<year>2005</year>). p. <fpage>63</fpage>&#x2013;<lpage>77</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/11564089_7</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B5">
<label>5.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sz&#xe9;kely</surname>
<given-names>GJ</given-names>
</name>
<name>
<surname>Rizzo</surname>
<given-names>ML</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Brownian Distance Covariance</article-title>. <source>Ann Appl Stat</source> (<year>2009</year>) <volume>3</volume>(<issue>4</issue>):<fpage>1236</fpage>&#x2013;<lpage>65</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1214/09-aoas312</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B6">
<label>6.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>G&#xe1;borSz&#xe9;kely</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>MariaRizzo</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bakirov</surname>
<given-names>NK</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Measuring and Testing Dependence by Correlation of Distances</article-title>. <source>Ann Stat</source> (<year>2007</year>) <volume>35</volume>(<issue>6</issue>):<fpage>2769</fpage>&#x2013;<lpage>94</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1214/009053607000000505</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B7">
<label>7.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Matthew</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Nicolae</surname>
<given-names>DL</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>On Quantifying Dependence: a Framework for Developing Interpretable Measures</article-title>. <source>Stat Sci</source> (<year>2013</year>) <volume>28</volume>(<issue>1</issue>):<fpage>116</fpage>&#x2013;<lpage>30</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<label>8.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Huo</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sz&#xe9;kely</surname>
<given-names>GJ</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Fast Computing for Distance Covariance</article-title>. <source>Technometrics</source> (<year>2016</year>) <volume>58</volume>(<issue>4</issue>):<fpage>435</fpage>&#x2013;<lpage>47</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/00401706.2015.1054435</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<label>9.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Taskinen</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Oja</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
<name>
<surname>Randles</surname>
<given-names>RH</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Multivariate Nonparametric Tests of independence</article-title>. <source>J&#x20;Am Stat Assoc</source> (<year>2005</year>) <volume>100</volume>(<issue>471</issue>):<fpage>916</fpage>&#x2013;<lpage>25</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1198/016214505000000097</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<label>10.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lyons</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Distance Covariance in Metric Spaces</article-title>. <source>Ann Probab</source> (<year>2013</year>) <volume>41</volume>(<issue>5</issue>):<fpage>3284</fpage>&#x2013;<lpage>305</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1214/12-aop803</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B11">
<label>11.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hoeffding</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Probability Inequalities for Sums of Bounded Random Variables</article-title>. <source>J&#x20;Am Stat Assoc</source> (<year>1963</year>) <volume>58</volume>(<issue>301</issue>):<fpage>13</fpage>&#x2013;<lpage>30</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/01621459.1963.10500830</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<label>12.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sejdinovic</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sriperumbudur</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gretton</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fukumizu</surname>
<given-names>K</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Equivalence of Distance-Based and RKHS-Based Statistics in Hypothesis Testing</article-title>. <source>Ann Stat</source> (<year>2013</year>) <volume>41</volume>(<issue>5</issue>):<fpage>2263</fpage>&#x2013;<lpage>91</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1214/13-aos1140</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<label>13.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Serfling</surname>
<given-names>RJ</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Approximation Theorems of Mathematical Statistics (Wiley Series in Probability and Statistics)</source>. <publisher-name>Wiley-Interscience</publisher-name> (<year>1980</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<label>14.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>George</surname>
<given-names>EP</given-names>
</name>
</person-group>, <article-title>Some Theorems on Quadratic Forms Applied in the Study of Analysis of Variance Problems, I. Effect of Inequality of Variance in the One-Way Classification</article-title>. <source>Ann Math Stat</source> (<year>1954</year>) <volume>25</volume>(<issue>2</issue>):<fpage>290</fpage>&#x2013;<lpage>302</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B15">
<label>15.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>DeanBodenham</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Adams</surname>
<given-names>NM</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A Comparison of Efficient Approximations for a Weighted Sum of Chi-Squared Random Variables</article-title>. <source>Stat Comput pages</source> (<year>2014</year>) <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>12</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<label>16.</label>
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lopez-Paz</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hennig</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sch&#xf6;lkopf</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>The Randomized Dependence Coefficient</article-title>. <conf-name>In Advances in Neural Information Processing Systems</conf-name>, <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>9</lpage>. <year>2013</year>. </citation>
</ref>
<ref id="B17">
<label>17.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wilks</surname>
<given-names>SS</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>On the Independence of K Sets of Normally Distributed Statistical Variables</article-title>. <source>Econometrica</source> (<year>1935</year>) <volume>3</volume>:<fpage>309</fpage>&#x2013;<lpage>26</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2307/1905324</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B18">
<label>18.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Puri</surname>
<given-names>ML</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sen</surname>
<given-names>PK</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Nonparametric Methods in Multivariate Analysis. Wiley Series in Probability and Mathematical Statistics</source>. <publisher-name>Probability and mathematical statistics. Wiley</publisher-name> (<year>1971</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<label>19.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mardia</surname>
<given-names>KV</given-names>
</name>
<name>
<surname>Bibby</surname>
<given-names>JM</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kent</surname>
<given-names>JT</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Multivariate Analysis</source>. <publisher-loc>New York, NY</publisher-loc>: <publisher-name>Probability and Mathematical Statistics. Acad. Press</publisher-name> (<year>1982</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<label>20.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lee</surname>
<given-names>K-Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Variable Selection via Additive Conditional independence</article-title>. <source>J&#x20;R Stat Soc Ser B (Statistical Methodology)</source> (<year>2016</year>) <volume>78</volume>(<issue>Part 5</issue>):<fpage>1037</fpage>&#x2013;<lpage>55</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1111/rssb.12150</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<label>21.</label>
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Rahimi</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Recht</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Random Features for Large-Scale Kernel Machines</article-title>. <conf-name>In Advances in Neural Information Processing Systems</conf-name>, <fpage>1177</fpage>&#x2013;<lpage>84</lpage>. <year>2007</year>. </citation>
</ref>
<ref id="B22">
<label>22.</label>
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Achlioptas</surname>
<given-names>D</given-names>
</name>
<name>
<surname>McSherry</surname>
<given-names>F</given-names>
</name>
<name>
<surname>Sch&#xf6;lkopf</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Sampling Techniques for Kernel Methods</article-title>. <conf-name>In Annual Advances In Neural Information Processing Systems 14: Proceedings Of The 2001 Conference</conf-name> (<year>2001</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B23">
<label>23.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Avrim</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Random Projection, Margins, Kernels, and Feature-Selection</article-title>. <source>In Subspace, Latent Structure and Feature Selection</source>, <fpage>52</fpage>&#x2013;<lpage>68</lpage>. <publisher-name>Springer</publisher-name>, <year>2006</year>. </citation>
</ref>
<ref id="B24">
<label>24.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Cai</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
<name>
<surname>Fan</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Jiang</surname>
<given-names>T</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Distributions of Angles in Random Packing on Spheres</article-title>. <source>J&#x20;Mach Learn Res</source> (<year>2013</year>) <volume>14</volume>(<issue>1</issue>):<fpage>1837</fpage>&#x2013;<lpage>64</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B25">
<label>25.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Drineas</surname>
<given-names>P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Mahoney</surname>
<given-names>MW</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>On the Nystr&#xf6;m Method for Approximating a Gram Matrix for Improved Kernel-Based Learning</article-title>. <source>J&#x20;Machine Learn Res</source> (<year>2005</year>) <volume>6</volume>(<issue>Dec</issue>):<fpage>2153</fpage>&#x2013;<lpage>75</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B26">
<label>26.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Frieze</surname>
<given-names>A</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kannan</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Vempala</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Fast Monte-Carlo Algorithms for Finding Low-Rank Approximations</article-title>. <source>J&#x20;Acm</source> (<year>2004</year>) <volume>51</volume>(<issue>6</issue>):<fpage>1025</fpage>&#x2013;<lpage>41</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1145/1039488.1039494</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B27">
<label>27.</label>
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Rudin</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
</person-group>. <source>Fourier Analysis on Groups</source>. <publisher-name>John Wiley &#x26; Sons</publisher-name> (<year>1990</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B28">
<label>28.</label>
<citation citation-type="confproc">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Miles</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Laurent</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wainwright</surname>
<given-names>J</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>A More Powerful Two-Sample Test in High Dimensions Using Random Projection</article-title>. <conf-name>In Advances in Neural Information Processing Systems</conf-name>, <fpage>1206</fpage>&#x2013;<lpage>14</lpage>. <year>2011</year>. </citation>
</ref>
<ref id="B29">
<label>29.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Heller</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Heller</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kaufman</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Brill</surname>
<given-names>B</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gorfine</surname>
<given-names>M</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Consistent Distribution-free K-Sample and independence Tests for Univariate Random Variables</article-title>. <source>J&#x20;Machine Learn Res</source> (<year>2016</year>) <volume>17</volume>(<issue>29</issue>):<fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>54</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B30">
<label>30.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhong</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Feature Screening via Distance Correlation Learning</article-title>. <source>J&#x20;Am Stat Assoc</source> (<year>2012</year>) <volume>107</volume>(<issue>499</issue>):<fpage>1129</fpage>&#x2013;<lpage>39</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/01621459.2012.695654</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B31">
<label>31.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>L-P</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>L</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>R</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>L-X</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Model-free Feature Screening for Ultrahigh-Dimensional Data</article-title>. <source>J&#x20;Am Stat Assoc</source> (<year>2012</year>). </citation>
</ref>
<ref id="B32">
<label>32.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Pan</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hu</surname>
<given-names>W</given-names>
</name>
<name>
<surname>Tian</surname>
<given-names>Y</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>H</given-names>
</name>
</person-group>. <article-title>Conditional Distance Correlation</article-title>. <source>J&#x20;Am Stat Assoc</source> (<year>2015</year>) <volume>110</volume>(<issue>512</issue>):<fpage>1726</fpage>&#x2013;<lpage>34</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1080/01621459.2014.993081</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B33">
<label>33.</label>
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhu</surname>
<given-names>C</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yao</surname>
<given-names>S</given-names>
</name>
<name>
<surname>Shao</surname>
<given-names>X</given-names>
</name>
</person-group> <article-title>Distance-based and Rkhs-Based Dependence Metrics in High Dimension</article-title>. <source>Ann Stat</source> (<year>2020</year>) <volume>48</volume>(<issue>6</issue>):<fpage>3366</fpage>&#x2013;<lpage>94</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1214/19-aos1934</pub-id> </citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>