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纯粹的置换矩阵在所有可能的TPM中非常稀少,所以大多数的TPM并不是严格动力学可逆的。因此,需要一个指标来刻画任意一个TPM接近动力学可逆的程度。
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考虑P的秩r,当且仅当r<N(N为矩阵的维数)的时候,P是不可逆的;且P越退化对应着越小的r。然而,非退化(满秩)的矩阵P并不总是动力学可逆的,因为:1. 尽管<math>
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纯粹的置换矩阵在所有可能的TPM中非常稀少,所以大多数的TPM并不是严格动力学可逆的。因此,需要一个指标来刻画任意一个TPM接近动力学可逆的程度。考虑P的秩r,当且仅当r<N(N为矩阵的维数)的时候,P是不可逆的;且P越退化对应着越小的r。然而,非退化(满秩)的矩阵P并不总是动力学可逆的,因为:1. 尽管<math>
 
P^{-1}
 
P^{-1}
 
</math>存在,<math>
 
</math>存在,<math>
第39行: 第38行:  
</math>并不一定是满足归一化条件(P的第i行向量<math>
 
</math>并不一定是满足归一化条件(P的第i行向量<math>
 
P_{i}
 
P_{i}
</math>的第一范数应该为1)的合法TPM。2. 如前所述,若P满足动力学可逆性,则P必为置换矩阵。
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</math>的第一范数应该为1)的合法TPM。2. 如前所述,若P满足动力学可逆性,则P必为置换矩阵。所有置换矩阵的行向量都是独热向量(one-hot vector)(即只有一个元素是1,其余元素均为零的向量)。这一特性可以被矩阵P的弗罗贝尼乌斯范数(Frobenius norm)刻画。事实上,当且仅当P的行向量是独热向量的时候,矩阵P的弗罗贝尼乌斯范数取最大值。因此,我们可以借由矩阵P的秩r和矩阵的弗罗贝尼乌斯范数共同定义P的近似动力学可逆性。  
 
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所有置换矩阵的行向量都是独热向量(one-hot vector)(即只有一个元素是1,其余元素均为零的向量)。这一特性可以被矩阵P的弗罗贝尼乌斯范数(Frobenius norm)刻画。事实上,当且仅当P的行向量是独热向量的时候,矩阵P的弗罗贝尼乌斯范数取最大值。因此,我们可以借由矩阵P的秩r和矩阵的弗罗贝尼乌斯范数共同定义P的近似动力学可逆性。
      
首先,矩阵的秩可以被写作:
 
首先,矩阵的秩可以被写作:
第87行: 第84行:  
</math>时,<math>
 
</math>时,<math>
 
\Gamma_{\alpha}
 
\Gamma_{\alpha}
</math>是P的准范数(quasinorm)<ref>Schatten norm from Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Schatten norm</ref><ref>Recht, B., Fazel, M., Parrilo, P.A.: Guaranteed minimum-rank solutions of linear matrix equations via nuclear norm minimization. SIAM review 52(3), 471–501 (2010)</ref><ref>Chi, Y., Lu, Y.M., Chen, Y.: Nonconvex optimization meets low-rank matrix factorization: An overview. IEEE Transactions on Signal Processing 67(20), 52395269 (2019)</ref><ref name="Cui">Cui, S., Wang, S., Zhuo, J., Li, L., Huang, Q., Tian, Q.: Towards discriminability and diversity: Batch nuclear-norm maximization under label insufficient situations. In: Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, pp. 3941–3950 (2020)</ref>
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</math>是P的准范数(quasinorm)<ref>Schatten norm from Wikipedia. https://en.wikipedia.org/wiki/Schatten norm</ref><ref>Recht, B., Fazel, M., Parrilo, P.A.: Guaranteed minimum-rank solutions of linear matrix equations via nuclear norm minimization. SIAM review 52(3), 471–501 (2010)</ref><ref>Chi, Y., Lu, Y.M., Chen, Y.: Nonconvex optimization meets low-rank matrix factorization: An overview. IEEE Transactions on Signal Processing 67(20), 52395269 (2019)</ref><ref name="Cui">Cui, S., Wang, S., Zhuo, J., Li, L., Huang, Q., Tian, Q.: Towards discriminability and diversity: Batch nuclear-norm maximization under label insufficient situations. In: Proceedings of the IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, pp. 3941–3950 (2020)</ref>。使用这个定义来刻画近似动力学可逆性是合理的,因为完全动力学可逆性可以通过最大化<math>
 
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使用这个定义来刻画近似动力学可逆性是合理的,因为完全动力学可逆性可以通过最大化<math>
   
\Gamma_{\alpha}
 
\Gamma_{\alpha}
 
</math>来得到。
 
</math>来得到。
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'''定理2:'''对于任意<math>
 
'''定理2:'''对于任意<math>
第122行: 第118行:  
</math>的最大化并不意味着P是可逆的。<math>
 
</math>的最大化并不意味着P是可逆的。<math>
 
{||P||}_{F}
 
{||P||}_{F}
</math>与EI定义中的确定性项具有可比性,因为当P具有越来越多的独热向量,P中的最大转移概率也会变得更大,意味着动力学变得更加可逆。
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</math>与EI定义中的确定性项具有可比性,因为当P具有越来越多的独热向量,P中的最大转移概率也会变得更大,意味着动力学变得更加可逆。在实践中总是取<math>
 
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在实践中总是取<math>
   
\alpha=1
 
\alpha=1
 
</math>来平衡<math>
 
</math>来平衡<math>
第148行: 第142行:  
\gamma_{\alpha}
 
\gamma_{\alpha}
 
</math>总是小于1。
 
</math>总是小于1。
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'''定理3:'''对于任意 TPM P 和 <math>
 
'''定理3:'''对于任意 TPM P 和 <math>
第228行: 第220行:  
</math>
 
</math>
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这些定义与任何粗粒化方法无关,它代表了马尔可夫动力学的内在客观属性。因此,清晰和模糊因果涌现的程度都可以客观地量化。
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这些定义与任何粗粒化方法无关,它代表了马尔可夫动力学的内在客观属性。因此,清晰和模糊因果涌现的程度都可以客观地量化。当<math>
 
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<math>
   
\epsilon=0
 
\epsilon=0
 
</math>时,清晰因果涌现是模糊因果涌现的特例,特别是当奇异值可以分析求解时,它具有理论价值。此外,对因果涌现发生的判断与<math>
 
</math>时,清晰因果涌现是模糊因果涌现的特例,特别是当奇异值可以分析求解时,它具有理论价值。此外,对因果涌现发生的判断与<math>
 
\alpha
 
\alpha
</math>无关,因为它只与秩有关。因此,清晰因果涌现的概念仅由P决定,是无参数的。
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</math>无关,因为它只与秩有关。因此,清晰因果涌现的概念仅由P决定,是无参数的。在实际应用中,必须给出阈值<math>
 
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在实际应用中,必须给出阈值<math>
   
\epsilon
 
\epsilon
 
</math>,因为奇异值可能无限趋近于0,但P是满秩的。可以根据奇异值频谱中的明显截止点来选择<math>
 
</math>,因为奇异值可能无限趋近于0,但P是满秩的。可以根据奇异值频谱中的明显截止点来选择<math>
第244行: 第232行:  
</math>非常小(比如<math>
 
</math>非常小(比如<math>
 
\epsilon<{10}^{-10}
 
\epsilon<{10}^{-10}
</math>),我们也可以说因果涌现大致发生。
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</math>),我们也可以说因果涌现大致发生。对于任意<math>
 
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对于任意<math>
   
\epsilon\ge{0},\Delta\Gamma_{\alpha}(\epsilon)\in[0,N-1].
 
\epsilon\ge{0},\Delta\Gamma_{\alpha}(\epsilon)\in[0,N-1].
 
</math>只有当<math>\Delta\Gamma_{\alpha}(\epsilon)>0
 
</math>只有当<math>\Delta\Gamma_{\alpha}(\epsilon)>0
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