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对马尔科夫概率转移矩阵实施粗粒化的步骤,可分为三步:
 
对马尔科夫概率转移矩阵实施粗粒化的步骤,可分为三步:
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1. 对状态空间进行粗粒化:对微观状态做粗粒化分组,将N个微观态,归并为M个宏观态。
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1. 对状态空间进行粗粒化:对微观状态做粗粒化分组,将N个微观态,归并为M个宏观态。状态空间可以分为基于变量和基于系统状态操作两类,本质虽然都是对系统状态进行划分,但基于变量操作时,属于同一个变量的状态需绑定在一起进行划分,不能分割开。
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2. 对转移概率进行粗粒化:基于上一步的分组方式,对马尔科夫转移概率矩阵做约简。
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2. 对转移概率进行粗粒化:基于上一步的分组方式,状态合并后的概率转移发生变化,需要对整个马尔科夫转移概率矩阵做约简。
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3. 判断两步粗粒化方案的性质:粗粒化后的状态空间和转移矩阵都需要满足马尔科夫定义,还有粗粒化的交换律和动力学的一致性等规则,详见[[马尔科夫链的粗粒化]]。
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3. 判断两步粗粒化方案的性质:粗粒化后的状态空间和转移矩阵都需要满足马尔科夫定义,还有粗粒化的交换律和动力学的一致性等规则。
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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]]。
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关于马尔科夫链粗粒化更详细具体的描述,请参考[[马尔科夫链的粗粒化]]。
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粗粒化按操作对象可以分为基于状态空间、基于概率转移矩阵的粗粒化两种,详细描述见[[马尔科夫链的粗粒化]]。其中,状态空间的粗粒化又可以分为基于变量和基于状态进行两小类,本质都是对系统状态进行划分,区别在于基于变量操作对状态划分有一定约束,属于同一个变量的态被绑定在一起进行划分,不能分割开。
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需要注意的是Erik在提出基于有效信息的因果涌现理论时,未显式地定义粗粒化的含义与步骤,并且都是基于变量进行的分组归并(原文使用“grouping分组”来描述这一过程)。他提出了几种粗粒化方式,包括:直接针对变量进行的空间粗粒化,对变量的动力学(即,概率转移矩阵TPM)进行的时间粗粒化,以及将变量“移出”系统动力学的变量外部化操作,下面将举例展开介绍这几种粗粒化是如何进行的。
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Erik在提出因果涌现时,并未显式地定义粗粒化,并且都是基于变量进行归并操作。他主要提出几种粗粒化方式,包括:直接针对变量进行的空间粗粒化,对变量的动力学(即,概率转移矩阵TPM)进行的时间粗粒化,以及将变量“移出”系统动力学的变量外部化操作,下面将举例展开介绍这几种粗粒化是如何进行的。
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1.'''空间粗粒化''':针对微观元素变量的状态空间进行粗粒化。以两个布尔元素为例,共有四种微观状态[math]S_m = \{00,01,10,11\}[/math],首先将这两个微观元素归并为一个宏观元素,再对元素状态空间按照[math]M:[[00,01,10] = off, [11] = on][/math]的规则归并,最终保持宏观元素的布尔属性。粗粒化的结果是一个宏观元素,和两个宏观状态[math]S_M = \{on, off\}[/math]。
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1.'''空间粗粒化''':针对微观元素变量进行粗粒化。以两个布尔元素为例,共有四种微观状态[math]S_m = \{00,01,10,11\}[/math],现将这两个微观元素粗粒化一个宏观元素。微观状态按照[math]M:[[00,01,10] = off, [11] = on][/math]的规则归并,可以保持宏观元素的布尔属性。粗粒化的结果是一个宏观元素,和两个宏观状态[math]S_M = \{on, off\}[/math]。
      
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2.'''时间粗粒化''':针对微观元素的时间步进行粗粒化,通常取决于微观系统的状态转移时间机制。例如,一个系统下一时刻的状态不仅依赖当前时刻的状态,还依赖于之前一个时间步的状态,这种情况通常称为二阶马尔科夫性质。这种性质下,可以将两个微观时间步粗粒化为一个宏观时间步,再按照类似空间粗粒化的步骤,对微观状态进行概率归并,可得到时间粗粒化后的宏观系统。图中黑色箭头表示二阶马尔科夫性质,蓝色箭头为时间粗粒化的过程。
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2.'''时间粗粒化''':粗粒化针对的不再是微观元素,而是微观时间步,重新定义马尔科夫动力学。例如,一个微观系统下一时刻的状态不仅依赖当前时刻的状态,还依赖于前一个时间步的状态,这种情况通常称为二阶马尔科夫性质。这种性质下,可以将两个微观时间步粗粒化为一个宏观时间步,可以得到时间粗粒化后的宏观系统。图中黑色箭头表示二阶马尔科夫性质,蓝色箭头为时间粗粒化的过程。
    
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