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添加853字节 、 2024年6月3日 (星期一)
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其实,无论如何定义这两项,关键在于理解它们的物理含义。确定性指的是,已知当前时刻状态概率分布,对未来可能状态的判断有多大的把握;而简并性指的是,已知当前的状态,追溯历史,我们能有多大确定性做出判断。如果有状态在动力学过程中发生简并,我们回溯历史时能运用的信息就会变少。当一个系统背后的动力学确定性高,同时简并性低时,说明这是一个具有明显因果效应的动力学。这就是EI本身的物理含义。
 
其实,无论如何定义这两项,关键在于理解它们的物理含义。确定性指的是,已知当前时刻状态概率分布,对未来可能状态的判断有多大的把握;而简并性指的是,已知当前的状态,追溯历史,我们能有多大确定性做出判断。如果有状态在动力学过程中发生简并,我们回溯历史时能运用的信息就会变少。当一个系统背后的动力学确定性高,同时简并性低时,说明这是一个具有明显因果效应的动力学。这就是EI本身的物理含义。
   −
==EI关于p的导数==
+
==EI的函数性质==
===一阶导数===
+
===一阶导数及最小值===
 
由公式{{EquationRef|2}}可以看出,在概率转移矩阵TPM上,EI是关于矩阵中每一个元素(从某一状态到另一状态的条件概率)的函数,于是我们自然会问:这样一个函数具有哪些数学性质?不难看出,该函数是光滑可导,我们可以解析地写出它的一阶导数如下所示,
 
由公式{{EquationRef|2}}可以看出,在概率转移矩阵TPM上,EI是关于矩阵中每一个元素(从某一状态到另一状态的条件概率)的函数,于是我们自然会问:这样一个函数具有哪些数学性质?不难看出,该函数是光滑可导,我们可以解析地写出它的一阶导数如下所示,
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</math>
 
</math>
   −
其中,<math>p_{ij}</math>表示TPM中第i行第j列的条件概率,<math>p_{iN}</math>表示第i行第N列的条件概率,<math>\bar{p}_{\cdot j}, \bar{p}_{\cdot N}</math>则分别表示第j列和第N列条件概率的均值。
+
其中,<math>p_{ij}</math>表示TPM中第i行第j列的条件概率,<math>p_{iN}</math>表示第i行第N列的条件概率,<math>\bar{p}_{\cdot j}, \bar{p}_{\cdot N}</math>则分别表示第j列和第N列条件概率的均值。令该式等于0,可以求得极值点:即对于任意的<math>1\leq i,j\leq N</math>,都有下式的成立,
 +
 
 +
<math>
 +
 
 +
\begin{equation}
 +
        p_{ij}=\frac{1}{N}\sum_{k=1}^Np_{kj}
 +
\end{equation}
 +
   
 +
</math>
 +
 
 +
不难计算出,此时<math>EI_{min}=0</math>,即EI达到了最小值。换个角度来看这个公式,这意味着EI的最小值点有很多个,只要TPM所有行向量完全一致,无论该行向量本身是怎样的分布,EI都会等于0.
    
===二阶导数===
 
===二阶导数===
 +
进一步地,我们可以求出EI这个函数的二阶导数
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 +
 +
<math>
 +
\begin{equation}
 +
        \frac{\partial^2 EI}{\partial p_{ij}\partial p_{st}}=\frac{1}{N}\cdot\left(\frac{\delta_{i,s}\delta_{j,t}}{p_{ij}}+\frac{\delta_{i,s}}{p_{iN}}-\frac{\delta_{j,t}}{N\cdot\Bar{p}_{\cdot j}}-\frac{1}{N\cdot \Bar{p}_{\cdot N}}\right),
 +
\end{equation}
 +
</math>
 +
 +
 +
===最大值===
 +
 
==EI的最大值和最小值==
 
==EI的最大值和最小值==
 
===最大值===
 
===最大值===
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