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马尔科夫链的粗粒化
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2025年12月6日 (六) 17:04的版本
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2025年12月6日 (六) 17:04
→信息闭合 Information Closure
第381行:
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===信息闭合 Information Closure===
===信息闭合 Information Closure===
−
上面所述的因果闭合的建模基于动力学的因果态,强调因果的概念。我们也可以关注计算力学的另一方面,即计算与预测。
+
上面的因果闭合强调“干预–因果”,而信息闭合则从“预测–信息”出发。
−
因果态对 <math>\overrightarrow{Z_t}</math> 预测能力可以写成信息论的形式,即变量对 <math>\overrightarrow{Z_t}</math> 提供的互信息。
<math>Z_t</math> 本身的ϵ-机器和 <math>Z_t = f(X_t)</math> 之间的υ-
机器的等价关系可以写成:
+
用互信息来刻画
<math>Z_t</math> 本身的ϵ-机器和 <math>Z_t = f(X_t)</math> 之间的υ-
机器对宏观未来 <math>\overrightarrow{Z_t}</math>的预测能力,可以写成:
{{NumBlk|:|
{{NumBlk|:|
第391行:
第391行:
|{{EquationRef|6}}}}
|{{EquationRef|6}}}}
+
这就是信息闭合的条件:宏观历史 <math>\overleftarrow{Z_t}</math> 和微观历史 <math>\overleftarrow{X_t}</math> 对宏观未来 <math>\overrightarrow{Z_t}</math> 提供的信息量完全相同。
−
这说明了,宏观的 <math>\overleftarrow{Z_t}</math> 和微观的 <math>\overleftarrow{X_t}</math> 给 <math>\overrightarrow{Z_t}</math> 提供的信息量是一样的。所以,信息闭合是指,对于一个粗粒化后的宏观过程,已知其自身过去的信息 <math>\overleftarrow{Z_t}</math> 就足以进行最优预测,进一步引入底层(微观)<math>\overleftarrow{X_t}</math> 信息也不能提升预测能力。也就是说,微观的信息 <math>\overleftarrow{X_t}</math> 对宏观未来 <math>\overrightarrow{Z_t}</math> 的预测是冗余的。所谓一个尺度在某某方面闭合,便是在说这个尺度上系统可以“自给自足”,不需要再考虑其他尺度。
+
因此,只知道 <math>\overleftarrow{Z_t}</math> 就足以做最优预测,再加上底层的 <math>\overleftarrow{X_t}</math> 也不能提升预测能力。也就是说,微观信息在预测宏观 <math>\overrightarrow{Z_t}</math> 时是冗余的。所以,一个尺度在信息意义上“闭合”,便是在说这个尺度上系统可以“自给自足”,不需要再考虑其他尺度。
−
虽然定义方式不一样,但是我们不难看出,根据跨尺度因果态介绍中的推断2,因果闭合和信息闭合这两个对
<math>Z_t = f(X_t)</math>
的条件是等价的:由于
<math>I(U_t ; \overrightarrow{Z_t}) = I(E'_t ; \overrightarrow{Z_t})</math>,所以<math>I(U_t ; \overrightarrow{Z_t}) = I( \overleftarrow{X_t}; \overrightarrow{Z_t}) = I( \overleftarrow{Z_t} ; \overrightarrow{Z_t}) = I(E'_t ; \overrightarrow{Z_t})</math>。
+
+
根据跨尺度因果态介绍中的推断2,可以证明:对给定的
<math>Z_t = f(X_t)</math>
,'''因果闭合和信息闭合这两个条件是等价的''':由于
<math>I(U_t ; \overrightarrow{Z_t}) = I(E'_t ; \overrightarrow{Z_t})</math>,所以<math>I(U_t ; \overrightarrow{Z_t}) = I( \overleftarrow{X_t}; \overrightarrow{Z_t}) = I( \overleftarrow{Z_t} ; \overrightarrow{Z_t}) = I(E'_t ; \overrightarrow{Z_t})</math>。
另外,当信息闭合时也满足:
另外,当信息闭合时也满足:
Liangjh
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