Mean field approximation is a powerful technique which has been used in many settings to study large-scale stochastic systems. In the case of two-timescale systems, the approximation is obtained by a combination of scaling arguments and the use of the averaging principle. This paper analyzes the approximation error of this `average' mean field model for a two-timescale model $(\boldsymbol{X}, \boldsymbol{Y})$, where the slow component $\boldsymbol{X}$ describes a population of interacting particles which is fully coupled with a rapidly changing environment $\boldsymbol{Y}$. The model is parametrized by a scaling factor $N$, e.g. the population size, which as $N$ gets large decreases the jump size of the slow component in contrast to the unchanged dynamics of the fast component. We show that under relatively mild conditions the `average' mean field approximation has a bias of order $O(1/N)$ compared to $\mathbb{E}[\boldsymbol{X}]$. This holds true under any continuous performance metric in the transient regime as well as for the steady-state if the model is exponentially stable. To go one step further, we derive a bias correction term for the steady-state from which we define a new approximation called the refined `average' mean field approximation whose bias is of order $O(1/N^2)$. This refined `average' mean field approximation allows computing an accurate approximation even for small scaling factors, i.e., $N\approx 10 -50$. We illustrate the developed framework and accuracy results through an application to a random access CSMA model.


翻译:平均字段近似是一种强大的技术, 在许多环境下用于研究大规模随机系统。 在两个时标系统的情况下, 近近点是通过缩放参数和平均原则的组合获得的。 本文分析了这个“ 平均” 平均字段模型的近点错误, 这个“ 平均” 平均模型用于两个时标模式$ (\\ boldsymbol{X},\ boldsymbol{X} 美元) 。 在这种情况下, 缓慢的成分 $\ boldsymbol{X} ($) 表示相互作用粒子的数量, 与快速变化的环境完全同时, $\ boldsymymbol{Y} 。 该模型通过一个缩放系数( $_ boldymall$_ 美元) 和平均值( $_ 美元) 来进行匹配。 当一个稳定的运行状态下, 以一个稳定的运行状态来定义一个稳定的运行状态, 以一个稳定的运行状态, 以一个稳定的运行一个稳定的运行状态, 以任何持续的 rodeal ro deal ro deal ro deal ro deal ro deal ro deal 。

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