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计算力学
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2024年10月28日 (星期一)
→统计复杂度
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=== '''统计复杂度''' ===
=== '''统计复杂度''' ===
−
粗略地说,柯式复杂度
[math]\displaystyle{ K(x) }[/math]
需要考虑对象中的所有比特,包括随机状态。其主要后果是
[math]\displaystyle{ K(x) }[/math]
中数值
[math]\displaystyle{ x }[/math]
被随机性的生成所主导,因此掩盖了对象以及其生成过程中的重要结构。相比之下,统计复杂度
[math]\displaystyle{ C_μ(x) }[/math]剔除了通用图灵机在模拟随机比特时所花费的计算努力。统计复杂度的一个特征是,对于完全随机对象,有[math]\displaystyle{ C_μ(x)=0 }[/math],如抛硬币产生的序列。同时对于简单的周期性过程,如[math]\displaystyle{ x=00000000…0 }[/math]时,也有[math]\displaystyle{ C_μ(x)=0 }[/math]。因此,统计复杂度的值对于(简单的)周期性过程和完全随机过程都很小。如果[math]\displaystyle{ s^L }[/math]表示[math]\displaystyle{ x }[/math]的前[math]\displaystyle{ L }[/math]个符号,那么复杂性之间的关系简单地为:
+
因为柯式复杂度
[math]\displaystyle{ K(x) }[/math]
需要考虑对象中的所有比特,包括随机状态生成的比特。其主要后果是
[math]\displaystyle{ K(x) }[/math]
中数值大小
[math]\displaystyle{ x }[/math]
可能会被随机状态生成的比特所主导,这样会导致对象的特征和重要结构被掩盖。为了避免这个问题,计算力学提出了统计复杂度[math]\displaystyle{ C_μ(x) }[/math]的概念,用来量化对象的复杂性,它反映了对象的结构和动态特性,以及有效建模所需的计算资源。它的公式为
+
+
<math>
+
C_{\mu}(x)=\left\|M_{\min }(x \mid \mathrm{BTM})\right\|
+
</math>
+
+
<math>
+
C_{\mu}(x)
+
</math>是统计复杂度,表示时间序列<math>
+
x
+
</math>的复杂性度量。它反映了在给定精度<math>
+
\mu
+
</math>下,最小模型的复杂度。<math>
+
M_{\min }(x \mid \mathrm{BTM})
+
</math>这是在给定伯努利图灵机(Bernoulli-Turing machine,简称BTM)背景下的最小化模型,用于捕捉序列<math>
+
x
+
</math>的模式。这个模型是能够有效预测<math>
+
x
+
</math>的最简单形式,且在该模型中尽量减少其复杂性。<math>
+
\left\|⋅\right\|
+
</math>这个符号表示对模型复杂度的量化,它可以是基于模型状态的数量、参数数量或计算资源的度量。
+
+
相比之下,统计复杂度
[math]\displaystyle{ C_μ(x) }[/math]剔除了通用图灵机在模拟随机比特时所花费的计算努力。统计复杂度的一个特征是,对于完全随机对象,有[math]\displaystyle{ C_μ(x)=0 }[/math],如抛硬币产生的序列。同时对于简单的周期性过程,如[math]\displaystyle{ x=00000000…0 }[/math]时,也有[math]\displaystyle{ C_μ(x)=0 }[/math]。因此,统计复杂度的值对于(简单的)周期性过程和完全随机过程都很小。如果[math]\displaystyle{ s^L }[/math]表示[math]\displaystyle{ x }[/math]的前[math]\displaystyle{ L }[/math]个符号,那么复杂性之间的关系简单地为:
[math]\displaystyle{ K(s^L )≈C_μ (s^L )+h_μ L }[/math]
[math]\displaystyle{ K(s^L )≈C_μ (s^L )+h_μ L }[/math]
刘易明
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