| 第599行: |
第599行: |
| | | | |
| | | | |
| − | ===因果态===
| |
| | | | |
| − | 无论系统是确定的或概率生成的,当我们已知t时刻的状态和历史记忆时,我们能够预测未来状态的轨迹 <math>p(s_{\gt t}| s_{\leq t}) </math>。而不同时刻,t和t'的状态和历史记忆虽然不完全一样,但是他们可能会导致同样的未来状态,<math>p(s_{\gt t}| s_{\leq t}) = p(s_{\gt t'}| s_{\leq t'}) </math>。所以,计算力学中把这些具有相同未来的t时刻划为等价euqivalent的状态,即
| + | ===单尺度因果态=== |
| | | | |
| − | <math>s_{\leq t} \equiv s_{\leq t'}\ \ \text{iff}\ \ p(s_{\gt t}| s_{\leq t}) = p(s_{\gt t'}| s_{\leq t'}) </math> | + | 因果态是计算力学中的一个概念。它的意思是说,当我们在一个时序系统中,我们想要有一个ϵ-machine(ϵ-机器),能够根据当前时间步的状态和历史记忆,来预测未来状态。 |
| | + | |
| | + | 无论系统是确定的或概率生成的,当我们已知t时刻的状态和历史记忆时,我们能够预测未来状态的轨迹 <math>p(X_{\gt t}| X_{\leq t}) </math>。而不同时刻,t和t'的状态和历史记忆虽然不完全一样,但是他们可能会导致同样的未来状态,<math>p(X_{\gt t}| X_{\leq t}) = p(X_{\gt t'}| X_{\leq t'}) </math>。所以,计算力学中把这些具有相同未来的t时刻划为等价euqivalent的状态,即 |
| | + | |
| | + | <math>x_{\leq t} \equiv x_{\leq t'}\ \ \text{iff}\ \ p(x_{\gt t}| x_{\leq t}) = p(x_{\gt t'}| x_{\leq t'}) </math> |
| | | | |
| | 并定义因果态, | | 并定义因果态, |
| | | | |
| − | <math>E = \{E_t\}_{t \in \mathbb{N} }, E_t = \epsilon( s_{\leq t} ) </math> | + | <math>E = \{E_t\}_{t \in \mathbb{N} }, E_t = \epsilon( X_{\leq t} ) </math> |
| | | | |
| | 所以,ϵ-机器的工作是根据当前状态和历史记忆而判断t时刻系统处于哪个因果态,并根据该因果态进行未来轨迹预测。 | | 所以,ϵ-机器的工作是根据当前状态和历史记忆而判断t时刻系统处于哪个因果态,并根据该因果态进行未来轨迹预测。 |
| | | | |
| | + | 我们可以从最小解释模型的角度出发来理解因果态。最小解释模型是指,我们要如何去用最简洁的宏观状态来解释和描述系统发生的现象,而且这种解释模型要在微观层面扰动时保持‘稳定’。所以它追求的是两方面:首先需要稳定,其次尺度越高越好。而这个宏观状态就是因果态。 |
| | + | |
| | + | |
| | + | |
| | + | ===跨尺度因果态=== |
| | + | |
| | + | 设我们对微观动力学 <math>X_t</math> 粗粒化成宏观动力学 <math>Z_t = f(X_t)</math>,<math>f</math> 为粗粒化函数。刚才的ϵ-机器只能处理在 <math>X</math> 空间上单一尺度的因果态,而作者们提出了另一种机器,υ-machine(υ-机器)来尝试定义跨尺度的因果态和计算机器。他们把因果态定义中的未来状态从微观的 <math>X</math> 改为宏观的 <math>Z</math>,并定义微观状态 <math>X</math> 中的等价关系为 |
| | + | |
| | + | <math>x_{\leq t} \equiv x_{\leq t'}\ \ \text{iff}\ \ p(z_{\gt t}| x_{\leq t}) = p(z_{\gt t'}| x_{\leq t'}) </math> |
| | + | |
| | + | 也就是说,υ-机器的目标不再是预测 <math>X</math> 的未来轨迹,而是其粗粒化后的 <math>Z</math> 的未来轨迹,并把拥有同样 <math>p(z_{\gt t}| x_{\leq t})</math> 的<math>x_{\leq t}</math> 和 <math>x_{\leq t'}</math> 定义为υ-机器的因果态 <math>U</math>: |
| | + | |
| | + | <math>U = \{U_t\}_{t \in \mathbb{N} }, U_t = υ( X_{\leq t} ) </math> |
| | + | |
| | + | 它的意义是什么呢?作者给出的解释是,υ-机器的因果态是一个最优的信息瓶颈:υ-机器是一种对 <math>x_{\leq t}</math> 粒度最粗的并满足对 <math>z_{\gt t}</math>的最大预测性的粗粒化方案。 |
| | + | |
| | + | 所以,我们现在有三种机器: |
| | + | |
| | + | # 微观动力学 <math>X_t</math> 本身的ϵ-机器,因果态为 <math>E</math>; |
| | + | |
| | + | # 宏观动力学 <math>Z_t</math> 本身的ϵ-机器,因果态为 <math>E'</math>; |
| | + | |
| | + | # 微观与宏观动力学 <math>Z_t = f(X_t)</math> 之间的υ-机器,因果态为<math>U</math>; |
| | | | |
| | + | 这三种机器的因果态有什么区别呢?首先,<math>U_t</math> 要比 <math>E'_t</math> 更强,因为后者只包括了宏观的信息,而前者同时包括了宏观和微观的信息。其次,<math>E_t</math> 要比 <math>U_t</math> 更强,因为 <math>U_t</math> 只保留了宏观的最大预测性,而 <math>E_t</math> 能保留微观的最大预测性(同时因为我们知道 <math>f</math> ,所以 <math>E_t</math> 也能保留宏观最大预测性)。 |
| | | | |
| | 了解了因果态的定义后,我们就能逐个了解这篇文章中的三种闭合定义。 | | 了解了因果态的定义后,我们就能逐个了解这篇文章中的三种闭合定义。 |
| | + | |
| | | | |
| | | | |
| | ===因果闭合=== | | ===因果闭合=== |
| | | | |
| − | 第一是因果闭合。而这里的‘因果’指的是‘因果态’,是计算力学中的一个概念。它的意思是说,当我们在一个时序系统中,我们想要有一个ϵ-machine(下称机器),能够根据当前时间步的状态和历史记忆,来预测未来状态。
| + | 因果闭合的定义为:<math>Z_t</math> 的ϵ-机器 与 <math>Z_t = f(X_t)</math> 之间的υ-机器 之间存在等价关系,即 <math>E'</math> 和 <math>U</math> 之间存在双射bijective投影关系(即两个空间内的因果态分组相互一一对应)。 |
| | + | |
| | + | 在这种情况下,不同 <math>X_t</math> 对 <math>Z</math> 轨迹预测的差异也会在 <math>Z_t</math> 上反映出来。也就是说,这些差异在粗粒化 <math>f</math> 过程中会被完全保留,不会被更改或抹除。 |
| | + | |
| | + | 当我们对 <math>Z</math> 进行干预的时候,微观 <math>X</math> 的状态也会跟着改变,就像当我们加热了一锅水的时候,其中的水分子的能量也会改变。因果闭合的情况是指,对 <math>Z</math>空间 进行的干预影响到 <math>X</math>空间时,按照 <math>X</math> 的动力学进行演化后进行粗粒化的 <math>Z</math>,与直接在 <math>Z</math> 空间上进行演化没有区别。 |
| | + | |
| | + | 这说明了,当我们对 <math>Z</math> 进行干预的时候,仅凭 <math>Z</math> 自身的动力学就能正确的演化,不用再回到微观 <math>X</math> 层溯源。所以这就是宏观和微观之间因果闭合了,即宏观动力学在因果性上能做到独立的演化。 |
| | + | |
| | + | |
| | + | |
| | + | ===信息闭合=== |
| | + | |
| | + | 上面所述的预测性可以写成信息论的形式。 |
| | | | |
| | =划分方法= | | =划分方法= |