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==高斯噪声迭代系统的近似可逆性==
 
==高斯噪声迭代系统的近似可逆性==
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首先,TPM矩阵本质上是条件概率构成的矩阵,因此从条件概率的角度类比,高斯迭代系统的概率转移矩阵为:
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首先,TPM矩阵本质上是离散条件概率构<math>p(x_{t+1}|x_t)</math>成的矩阵,因此从条件概率的角度类比到连续系统,高斯迭代系统的概率转移矩阵为:
 
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<math> p(x_{t+1}|x_t)=\mathcal{N}(Ax_{t}+a_0,\Sigma)\equiv \frac{1}{(2\pi)^\frac{n}{2}\det(\Sigma)^\frac{1}{2}}\exp\left\{-\frac{1}{2}(x_{t+1}-Ax_t-a_0)^T\Sigma^{-1}(x_{t+1}-Ax_t-a_0)\right\},
 
<math> p(x_{t+1}|x_t)=\mathcal{N}(Ax_{t}+a_0,\Sigma)\equiv \frac{1}{(2\pi)^\frac{n}{2}\det(\Sigma)^\frac{1}{2}}\exp\left\{-\frac{1}{2}(x_{t+1}-Ax_t-a_0)^T\Sigma^{-1}(x_{t+1}-Ax_t-a_0)\right\},
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</math>
 
</math>
 
</blockquote>
 
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可见逆向动力学的协方差矩阵<math>𝐴𝑇Σ^{−1}𝐴</math>和正向动力学的协方差矩阵<math>Σ^{−1}</math>共同影响了近似可逆性的大小,可以理解为,必须两个协方差都很小,非满秩或病态的维度影响较小的时候,系统动力学才有更强的可逆性。
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===维度平均===
 
进一步,可以可逆性指标取对数并去掉常数项,得到维度平均的指标
 
进一步,可以可逆性指标取对数并去掉常数项,得到维度平均的指标
 
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这里,<math>𝑠_𝑖</math>为矩阵<math>𝐴𝑇Σ^{−1}𝐴</math>的第<math>i</math>个奇异值,<math>𝜅_𝑖</math>为矩阵<math>Σ^{−1}</math>的第i个奇异值。因此,我们只需要分析这两个奇异值构成的联合谱,即可定量刻画系统的因果涌现特性了。也就是说,我们把原转移概率矩阵的奇异值分解转变为了对<math>𝐴𝑇Σ^{−1}𝐴</math>和<math>Σ^{−1}</math>这两个矩阵的奇异值分解问题。其中,<math>Σ^{−1}</math>为正向动力学,即<math>p(x_{t+1}|x_t)=\mathcal{N}(0,\Sigma)</math>的协方差矩阵之逆,而<math>𝐴𝑇Σ^{−1}𝐴</math>则是<math>p(x_{t+1}|x_t)</math>的逆向动力学的协方差矩阵。
 
这里,<math>𝑠_𝑖</math>为矩阵<math>𝐴𝑇Σ^{−1}𝐴</math>的第<math>i</math>个奇异值,<math>𝜅_𝑖</math>为矩阵<math>Σ^{−1}</math>的第i个奇异值。因此,我们只需要分析这两个奇异值构成的联合谱,即可定量刻画系统的因果涌现特性了。也就是说,我们把原转移概率矩阵的奇异值分解转变为了对<math>𝐴𝑇Σ^{−1}𝐴</math>和<math>Σ^{−1}</math>这两个矩阵的奇异值分解问题。其中,<math>Σ^{−1}</math>为正向动力学,即<math>p(x_{t+1}|x_t)=\mathcal{N}(0,\Sigma)</math>的协方差矩阵之逆,而<math>𝐴𝑇Σ^{−1}𝐴</math>则是<math>p(x_{t+1}|x_t)</math>的逆向动力学的协方差矩阵。
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===确定性和简并性===
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通过调整参数<math>
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\alpha\in(0,2)
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</math>,可以使更好地反映P的确定性或者简并性。当<math>
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\alpha\to0,\Gamma_{\alpha}
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</math>收敛到
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<math> \Gamma_{\alpha\to 0}\to\left(\frac{2\pi}{\alpha}\right)_{\alpha\to 0}^\frac{n}{2}{\rm pdet}(A^T\Sigma^{-1}A)^{\frac{1}{2}},
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</math>
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</blockquote>
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此时<math>\Gamma_{\alpha\to 0}</math>只由逆向动力学的协方差矩阵或信息熵决定,而逆向动力学的熵直接影响系统的简并性。然而,定义不允许<math>
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\alpha
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</math>精确为零,这样会导致指标趋于无穷。
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同样,当<math>
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\alpha=2
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</math>时,<math>
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\Gamma_{\alpha}
 +
</math>收敛到
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<blockquote>
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<math> \Gamma_2=\left(\pi\right)^\frac{n}{2}{\rm det}(\Sigma^{-1})^\frac{1}{2},
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</math>
 +
</blockquote>
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协方差矩阵的逆越大,意味着动力学变得更加可逆。在实践中总是取<math>
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\alpha=1
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</math>来平衡<math>
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\Gamma
 +
</math>测量确定性和简并性的倾向。
    
==高斯噪声迭代系统基于SVD的因果涌现==
 
==高斯噪声迭代系统基于SVD的因果涌现==
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