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Erik Hoel在2017年的文章中称此类变量为外生变量(exogenous element),并提出了两种具体处理外部化变量的方式:一种方式称为将外生变量“冻结”,即将其设定为特定的状态,该变量在后续变化中将一直保持该初始状态,不影响系统中其他变量;另一种是将外生变量设为“黑箱”(black boxing),允许其随机变化,但是具体变化情况和对系统的影响都无法查看(不在最后模型的考虑范围内)。变量外部化方式是通过减少系统的状态变量的方式,达到了和一般的将变量归并分组的粗粒化方式一样的效果,即让系统总的状态空间减小,且可能导致EI增大。
 
Erik Hoel在2017年的文章中称此类变量为外生变量(exogenous element),并提出了两种具体处理外部化变量的方式:一种方式称为将外生变量“冻结”,即将其设定为特定的状态,该变量在后续变化中将一直保持该初始状态,不影响系统中其他变量;另一种是将外生变量设为“黑箱”(black boxing),允许其随机变化,但是具体变化情况和对系统的影响都无法查看(不在最后模型的考虑范围内)。变量外部化方式是通过减少系统的状态变量的方式,达到了和一般的将变量归并分组的粗粒化方式一样的效果,即让系统总的状态空间减小,且可能导致EI增大。
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=== 最优粗粒化 ===
      
通常,我们可以有很多方式对一个系统的微观动力学进行粗粒化。我们可以通过粗粒化后得到的宏观动力学的有效信息来衡量不同粗粒化方案的优劣,有效信息最大的宏观动力学,对应的粗粒化方案被认为是最优的。在Erik Hoel的因果涌现理论中,因果涌现是定义在最优粗粒化方案上的,即最优粗粒化方案下的动力学的有效信息增加了,即发生了因果涌现。注:Erik Hoel论文中的因果涌现实例,都是最优粗粒化方案的结果,即对应的宏观TPM有效信息是最大化的。
 
通常,我们可以有很多方式对一个系统的微观动力学进行粗粒化。我们可以通过粗粒化后得到的宏观动力学的有效信息来衡量不同粗粒化方案的优劣,有效信息最大的宏观动力学,对应的粗粒化方案被认为是最优的。在Erik Hoel的因果涌现理论中,因果涌现是定义在最优粗粒化方案上的,即最优粗粒化方案下的动力学的有效信息增加了,即发生了因果涌现。注:Erik Hoel论文中的因果涌现实例,都是最优粗粒化方案的结果,即对应的宏观TPM有效信息是最大化的。
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在一些动力学相对简单的系统中,我们可以直接找出合适或最优的粗粒化方案,但在更复杂的系统中,包括复杂网络上,这是非常困难的。为此,Klein 等人<ref name="Klein"> Klein B, Hoel E. The emergence of informative higher scales in complex networks[J]. Complexity, 2020, 20201-12.</ref>和 Griebenow <ref name="Griebenow">Griebenow R, Klein B, Hoel E. Finding the right scale of a network: efficient identification of causal emergence through spectral clustering[J]. arXiv preprint arXiv:190807565, 2019.</ref>等人提出了寻找复杂网络的最优粗粒化方案的不同方法。其核心思路是将复杂网络上的随机游走模型视作一个马尔科夫链,使用包括[[贪婪算法]]、[[谱分解方法]]以及[[梯度下降]]等方法对马尔科夫链进行粗粒化。关于复杂网络上的因果涌现以及粗粒化方案,具体可参考[[复杂网络中的因果涌现]]。
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[[张江]]等人进一步发现最大化宏观动力学的有效信息的一个必要条件是让向量化的粗粒化分组方案尽可能地与微观动力学TPM的最大奇异值对应的奇异向量平行,因此他们主张可以绕过最优粗粒化的搜寻操作,而重新建立一种因果涌现理论,即[[基于动力学可逆性的因果涌现]]理论<ref name=":2">Zhang J, Tao R, Yuan B. Dynamical Reversibility and A New Theory of Causal Emergence. arXiv preprint arXiv:2402.15054. 2024 Feb 23.</ref>,该理论克服了因果涌现理论中需要预先指定粗粒化策略的限制,通过对系统的马尔科夫转移矩阵进行奇异值分解,计算奇异值,并由此定义系统的近似动力学可逆性指标<math>\Gamma_{\alpha}</math>([math]\alpha[/math]为一参数)。进一步,作者们发现该指标与有效信息EI近似等价,因此也能够用来衡量系统的因果效应程度。理论进一步区分了“清晰的因果涌现”和“模糊的因果涌现”,提供了一种更加客观的方法来评估系统的因果涌现程度,但也存在计算复杂度较高等问题。
      
同时,值得指出的是,并不是任意的粗粒化方案都是良定义的。所谓的良定义是指,我们要求粗粒化后的TPM仍然是一个合法的TPM,而且粗粒化后的宏观动力学应该与微观动力学保持一致性——即先进行演化操作然后粗粒化和先进行粗粒化操作再演化应该得到一致的宏观态分布。通过最大化粗粒化后的TPM的有效信息这一方案,并不一定满足宏观TPM仍然是良定义的,因此,关于马尔科夫链粗粒化的方法存在着较大的争议。详见论文<ref name="Eberhardt">Eberhardt, F., & Lee, L. L. (2022). Causal emergence: When distortions in a map obscure the territory. Philosophies, 7(2), 30.</ref>以及[[因果涌现]]词条。更详细具体的描述,请参考[[马尔科夫链的粗粒化]]。
 
同时,值得指出的是,并不是任意的粗粒化方案都是良定义的。所谓的良定义是指,我们要求粗粒化后的TPM仍然是一个合法的TPM,而且粗粒化后的宏观动力学应该与微观动力学保持一致性——即先进行演化操作然后粗粒化和先进行粗粒化操作再演化应该得到一致的宏观态分布。通过最大化粗粒化后的TPM的有效信息这一方案,并不一定满足宏观TPM仍然是良定义的,因此,关于马尔科夫链粗粒化的方法存在着较大的争议。详见论文<ref name="Eberhardt">Eberhardt, F., & Lee, L. L. (2022). Causal emergence: When distortions in a map obscure the territory. Philosophies, 7(2), 30.</ref>以及[[因果涌现]]词条。更详细具体的描述,请参考[[马尔科夫链的粗粒化]]。
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