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下面将引入有效信息这一关键指标,介绍如何基于该指标量化马尔科夫动力系统的因果效应。
 
下面将引入有效信息这一关键指标,介绍如何基于该指标量化马尔科夫动力系统的因果效应。
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[[有效信息]](Effective Information,简称EI)是因果涌现理论中的核心概念,它可以用来度量一个马尔科夫动力学的因果效应强度。有效信息通常可以分解为两个部分:确定性(Determinism)和简并性(Degeneracy)。EI是因果机制的函数,即只取决于概率转移矩阵,而与其它因素无关,定义如下:
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[[有效信息]](Effective Information,简称EI)是因果涌现理论中的核心概念,它可以用来度量一个马尔科夫动力学的因果效应强度,定义如下:
    
<math>
 
<math>
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EI(P)\equiv I(Y;X|do(X\sim U))
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\begin{aligned}
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EI &= I(X_t,X_{t+1}|do(X_t\sim U(\mathcal{X})))=I(\tilde{X}_t,\tilde{X}_{t+1}) \\
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&= \sum^N_{i=1}\sum^N_{j=1}Pr(\tilde{X}_t=i,\tilde{X}_{t+1}=j)\log \frac{Pr(\tilde{X}_t=i,\tilde{X}_{t+1}=j)}{Pr(\tilde{X}_t=i)Pr(\tilde{X}_{t+1}=j)}\\
 +
&= \sum^N_{i=1}Pr(\tilde{X}_t=i)\sum^N_{j=1}Pr(\tilde{X}_{t+1}=j|\tilde{X}_t=i)\log \frac{Pr(\tilde{X}_{t+1}=j|\tilde{X}_t=i)}{Pr(\tilde{X}_{t+1}=j)}\\
 +
&= \frac{1}{N}\sum^N_{i=1}\sum^N_{j=1}p_{ij}\log\frac{N\cdot p_{ij}}{\sum_{k=1}^N  p_{kj}}
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\end{aligned}
 
</math>
 
</math>
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这里,[math]X[/math]是因变量,[math]Y[/math]是果变量,[math]P[/math]表示[math]X[/math]到[math]Y[/math]的概率转移矩阵,[math]p_{ij}\equiv Pr(Y=j|X=i)[/math]。[math]do(X\sim U(\mathcal{X}))[/math]表示对[math]X[/math]实施[[do干预]](或称[[do操作]],使其服从[math]\mathcal{X}[/math]上的均匀分布[math]U(\mathcal{X})[/math],也即是[[最大熵分布]]。在这一干预下,因果机制P保持不变。EI指标度量的是经过do干预后的因变量X与果变量Y之间的互信息。
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其中<math>\tilde{X}_t,\tilde{X}_{t+1}</math>分别为把t时刻的[math]X_t[/math][[干预]]为[[均匀分布]]后,前后两个时刻的状态。<math>p_{ij}</math>为第i个状态转移到第j个状态的转移概率。从这个式子,不难看出,EI仅仅是概率转移矩阵[math]P[/math]的函数。
    
=== 粗粒化映射 ===
 
=== 粗粒化映射 ===
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