| 第169行: |
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| | CE = EI(P') - EI(P) | | CE = EI(P') - EI(P) |
| | </math> | | </math> |
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| | + | 这里[math]P[/math]为微观状态的马尔科夫概率转移矩阵,维度为:[math]N\times N[/math],这里N为微观的状态数;而[math]P'[/math]为对[math]P[/math]做粗粒化操作之后得到的宏观态的马尔科夫概率转移矩阵,维度为[math]M\times M[/math],其中[math]M<N[/math]为宏观状态数。 |
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| | + | 关于如何对马尔科夫概率转移矩阵实施粗粒化的方法,往往体现为两步:1、对微观状态做归并,将N个微观态,归并为M个宏观态;2、对马尔科夫转移矩阵做约简。关于具体的粗粒化马尔科夫链的方法,请参考[[马尔科夫链的粗粒化]]。 |
| | + | |
| | + | 如果计算得出的CE>0,则称该系统发生了[[因果涌现]],否则没有发生。 |
| | + | |
| | + | 下面,我们展示一个具体的因果涌现的例子: |
| | + | |
| | + | {| style="text-align: center;" |
| | + | |+马尔科夫链示例 |
| | + | |- |
| | + | | |
| | + | <math> |
| | + | P_m=\begin{pmatrix} |
| | + | &1/3 &1/3 &1/3 &0& \\ |
| | + | &1/3 &1/3 &1/3 &0& \\ |
| | + | &1/3 &1/3 &1/3 &0& \\ |
| | + | &0 &1 &0 &1& \\ |
| | + | \end{pmatrix} |
| | + | </math>, |
| | + | || |
| | + | <math> |
| | + | P_M=\begin{pmatrix} |
| | + | &1 &0 & \\ |
| | + | &0 &1 & \\ |
| | + | \end{pmatrix} |
| | + | </math>. |
| | + | |- |
| | + | |[math]\begin{aligned}&Det(P_m)=0.81\ bits,\\&Deg(P_m)=0\ bits,\\&EI(P_m)=0.81\ bits\end{aligned}[/math]||[math]\begin{aligned}&Det(P_M)=1\ bits,\\&Deg(P_M)=0\ bits,\\&EI(P_M)=1\ bits\end{aligned}[/math] |
| | + | |} |
| | + | |
| | + | 在这个例子中,微观态的转移矩阵是一个4*4的矩阵,其中前三个状态彼此以1/3的概率相互转移,这导致该转移矩阵具有较小的确定性,因此EI也不是很大为0.81。然而,当我们对该矩阵进行粗粒化,也就是把前三个状态合并为一个状态a,而最后一个状态转变为一个宏观态b。这样所有的原本三个微观态彼此之间的转移就变成了宏观态a到a内部的转移了。因此,转移概率矩阵也就变成了[math]P_M[/math],它的EI为1。在这个例子中,可以计算它的[[因果涌现度量]]为: |
| | + | |
| | + | <math> |
| | + | CE=EI(P_M)-EI(P_m)=1-0.81=0.19\ bits |
| | + | </math> |
| | + | |
| | + | 即存在着0.19比特的因果涌现。 |
| | + | |
| | + | 有时,我们也会根据归一化的EI来计算[[因果涌现度量]],即: |
| | + | |
| | + | <math> |
| | + | ce=Eff(P_M)-Eff(P_m)=1-0.405=0.595 |
| | + | </math> |
| | + | |
| | + | 由此可见,由于归一化的EI消除了系统尺寸的影响,因此因果涌现度量更大。 |
| | + | <!--[[文件:Example1.png|815x815px|无框|居中]] |
| | + | |
| | + | 上图展示了几种马尔科夫链的转移概率矩阵,其中(a)是确定性高,简并性低,所以整体eff比较高。(b)则是确定性和简并性都比较高,所以eff是0。(c)相比于(a)确定性更低,(d)也是确定性和简并性都较高导致eff较低,它们都可以通过同一种粗粒化策略(将前4个状态合并为一个状态)来得到(e)。此时(e)确定性很高,无简并性,所以(e)的eff比(c)(d)要高。 |
| | + | --> |
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| | === 粗粒化映射 === | | === 粗粒化映射 === |