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| | '''微观尺度''':微观系统由四个布尔元素组成[math]S_m = \{ABCD\}[/math] (图A),其中AB一组,CD一组,每个元素[math]t+1[/math]时刻的状态由另一组两个元素[math]t[/math]时刻的状态决定。机制是一个带噪声的AND门,图A右侧为详细的对应关系,例如[math]t[/math]时刻另一组元素的状态均为0,则该被输入元素[math]t+1[/math]时刻有70%的概率为0,30%的概率为1。将系统以等概率设置为所有可能的微观状态(共[math]2^4=16[/math]个),可以得到16 × 16 [math]S_m[/math] 的概率转移矩阵(图C)。根据EI的定义可以计算得到有效信息[math]EI(S_m) = 1.15 \text{ bits}[/math],[math]Eff(S_m) = 0.29[/math]。 | | '''微观尺度''':微观系统由四个布尔元素组成[math]S_m = \{ABCD\}[/math] (图A),其中AB一组,CD一组,每个元素[math]t+1[/math]时刻的状态由另一组两个元素[math]t[/math]时刻的状态决定。机制是一个带噪声的AND门,图A右侧为详细的对应关系,例如[math]t[/math]时刻另一组元素的状态均为0,则该被输入元素[math]t+1[/math]时刻有70%的概率为0,30%的概率为1。将系统以等概率设置为所有可能的微观状态(共[math]2^4=16[/math]个),可以得到16 × 16 [math]S_m[/math] 的概率转移矩阵(图C)。根据EI的定义可以计算得到有效信息[math]EI(S_m) = 1.15 \text{ bits}[/math],[math]Eff(S_m) = 0.29[/math]。 |
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| − | '''粗粒化映射''':根据系统的分组机制,同组元素的状态之间不会互相影响,接受相同元素的输入且机制相同,因此同组元素是lumpable的,可以被映射为同一个宏观元素。微观系统[math]S_m = \{ABCD\}[/math]可以被粗粒化为有两个宏观元素[math]{α, β}[/math]的宏观系统[math]S_M[/math](图B)。考虑微观状态的转移机制(图A右侧),输入值00,01和10决定状态的规则相同,输入值11对应另一种,因此宏观元素状态可以对应映射为{"off" ,"on"}两种(图D)。 | + | '''粗粒化映射''':根据系统的分组机制,同组元素的状态之间不会互相影响,接受相同元素的输入且机制相同,因此同组元素是独立等价的,可以被映射为同一个宏观元素。微观系统[math]S_m = \{ABCD\}[/math]可以被粗粒化为有两个宏观元素[math]{α, β}[/math]的宏观系统[math]S_M[/math](图B)。考虑微观状态的转移机制(图A右侧),输入值00,01和10决定状态的规则相同,输入值11对应另一种,因此宏观元素状态可以对应映射为{"off" ,"on"}两种(图D)。 |
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| | '''宏观尺度''':将系统以等概率设置为从[off, off]到[on, on]的所有可能的宏观状态,可以得到 4 × 4 的[math]S_M[/math] 宏观状态转移矩阵(图E),计算得到宏观尺度下[math]EI(S_M) = 1.55 \text{ bits}[/math],高于微观尺度的[math]EI(S_m) = 1.15 \text{ bits}[/math]。因此,因果涌现度量[math]CE(S) = EI(S_M) - EI(S_m) 0.40 \text{ bits}[/math],宏观的因果性优于微观,因果涌现发生。 | | '''宏观尺度''':将系统以等概率设置为从[off, off]到[on, on]的所有可能的宏观状态,可以得到 4 × 4 的[math]S_M[/math] 宏观状态转移矩阵(图E),计算得到宏观尺度下[math]EI(S_M) = 1.55 \text{ bits}[/math],高于微观尺度的[math]EI(S_m) = 1.15 \text{ bits}[/math]。因此,因果涌现度量[math]CE(S) = EI(S_M) - EI(S_m) 0.40 \text{ bits}[/math],宏观的因果性优于微观,因果涌现发生。 |
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| | '''微观机制''':微观系统由6个布尔元素[math]S_m = \{ABCDEF\}[/math]构成,其中A、B接受E和F的输入,C、D接受A和B的输入,E、F接受C和D输入。连接机制为确定性AND门,对应完全确定性和高简并度(图A)。微观系统的概率转移矩阵如图B所示,可以得到[math]EI(S_m) = 2.43 \text{ bits}[/math],[math]Eff(S_m) = 0.4[/math](图B)。 | | '''微观机制''':微观系统由6个布尔元素[math]S_m = \{ABCDEF\}[/math]构成,其中A、B接受E和F的输入,C、D接受A和B的输入,E、F接受C和D输入。连接机制为确定性AND门,对应完全确定性和高简并度(图A)。微观系统的概率转移矩阵如图B所示,可以得到[math]EI(S_m) = 2.43 \text{ bits}[/math],[math]Eff(S_m) = 0.4[/math](图B)。 |
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| − | '''粗粒化映射''':同上例,根据微观机制的lumpability,接受相同输入的元素可以被分为同一组,因此可以分为3个宏观元素。根据机制的同类性,{[00,01,10], [11]}可分别对应宏观态{"off" ,"on"},确定性AND门映射为COPY门,即宏观元素完全复制输入元素的状态(图C左侧)。最优粗粒化方案即为将6个微观AND门映射为3个宏观COPY门(图C的αβγ)。 | + | '''粗粒化映射''':同上例,根据微观机制的分组,接受相同输入的元素可以被分为同一组,因此可以分为3个宏观元素。根据机制的同类性,{[00,01,10], [11]}可分别对应宏观态{"off" ,"on"},确定性AND门映射为COPY门,即宏观元素完全复制输入元素的状态(图C左侧)。最优粗粒化方案即为将6个微观AND门映射为3个宏观COPY门(图C的αβγ)。 |
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| | '''宏观尺度''':宏观尺度的概率转移矩阵如图D所示,可得到宏观[math]EI(S_M) = 3 \text{ bits}[/math],[math]Eff(S_M) = 1[/math],[math]CE = EI(S_M) - EI(S_m) = 0.57 \text{ bits}[/math],因果涌现发生。进一步拆解分析可知,微观和宏观机制都是完全确定性的,但粗粒化后宏观简并性明显减小 [math]\Delta Deg = -0.6[/math],即在本实例中粗粒化映射抵消简并性主导了因果涌现的发生。 | | '''宏观尺度''':宏观尺度的概率转移矩阵如图D所示,可得到宏观[math]EI(S_M) = 3 \text{ bits}[/math],[math]Eff(S_M) = 1[/math],[math]CE = EI(S_M) - EI(S_m) = 0.57 \text{ bits}[/math],因果涌现发生。进一步拆解分析可知,微观和宏观机制都是完全确定性的,但粗粒化后宏观简并性明显减小 [math]\Delta Deg = -0.6[/math],即在本实例中粗粒化映射抵消简并性主导了因果涌现的发生。 |