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==== 因果涌现定义 ====
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具体而言,作者基于系统上下时刻间互信息的整合信息分解后的信息原子,提出了两种因果涌现的定义方法:
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1) 在指定系统的宏观随附特征 <math>V_t</math> 时,当特有信息满足 <math>Un(V_t;X_{t+1}| X_t^1,...,X_t^n )>0</math>,即当前时刻的宏观态 <math>V_t</math> 能超过当前时刻的微观态 <math>X_t</math> 给下一时刻的整体系统 <math>X_{t+1}</math> 提供更多信息,则系统存在因果涌现;
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Rosas等<ref name=":5">Rosas F E, Mediano P A, Jensen H J, et al. Reconciling emergences: An information-theoretic approach to identify causal emergence in multivariate data[J]. PLoS computational biology, 2020, 16(12): e1008289.</ref>从整合信息分解理论的视角出发,提出一种基于信息原子定义因果涌现的方法,并将因果涌现进一步区分为:因果解耦(Causal Decoupling)和向下因果(Downward Causation)两部分。其中因果解耦表示当前时刻宏观态对下一时刻宏观态的因果效应,向下因果表示上一时刻宏观态对下一时刻微观态的因果效应。因果解耦和向下因果的示意图如下图所示,其中微观状态输入为<math>X_t\ (X_t^1,X_t^2,…,X_t^n )
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2) 在未指定系统的宏观随附特征时,基于系统当前时刻的微观态 <math>X_t</math> 和下一时刻的微观态 <math>X_{t+1}</math> 之间的协同信息 <math>Syn(X_t^1,...,X_t^n;X_{t+1}^1,...,X_{t+1}^n)>0</math>,若该协同信息大于零,则系统发生因果涌现。
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</math>,宏观状态是<math>V_t </math>,它由微观态变量<math>X_t </math>粗粒化而来,因而是<math>X_t </math>的随附特征(Supervenience),<math>X_{t+1} </math>和<math>V_{t+1} </math>分别表示下一时刻的微观和宏观状态。
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值得注意的是,方法一判断因果涌现的发生需要依赖宏观态 <math>V_t</math> 的选择,而方法二是方法一的下界。这是因为:
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<math>
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    Syn(X_t;X_{t+1}) \geq Un(V_t;X_{t+1}| X_t)
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</math>
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若 <math>Un(V_t;X_{t+1}| X_t)</math> 大于 0,则系统必然会出现因果涌现。然而,<math>V_t</math> 的选择往往需要预先定义粗粒化函数,因此方法一无法回避 [[Erik Hoel因果涌现理论]] 的局限。而方法二借助协同信息来判断因果涌现的发生,但协同信息的计算复杂,存在组合爆炸问题,往往不可行。
     
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