| 第109行: |
第109行: |
| | 1. 对状态空间进行粗粒化[math]\phi[/math]:即一种对微观状态做粗粒化分组的方案[math]\phi:S_m\rightarrow S_M[/math],其中[math]S_M[/math]代表宏观态集合,该集合的元素个数为([math]M\leq N[/math])。值得注意的是,这种状态空间的划分方法可以分为基于状态和基于变量这两类。虽然二者本质上是一样的,即基于变量的划分也是对状态划分的一个特例,但基于变量时,属于同一个变量的状态需绑定在一起进行划分,不能分割开。 | | 1. 对状态空间进行粗粒化[math]\phi[/math]:即一种对微观状态做粗粒化分组的方案[math]\phi:S_m\rightarrow S_M[/math],其中[math]S_M[/math]代表宏观态集合,该集合的元素个数为([math]M\leq N[/math])。值得注意的是,这种状态空间的划分方法可以分为基于状态和基于变量这两类。虽然二者本质上是一样的,即基于变量的划分也是对状态划分的一个特例,但基于变量时,属于同一个变量的状态需绑定在一起进行划分,不能分割开。 |
| | | | |
| − | 2. | + | 2. 状态空间的分组[math]\phi[/math]自然诱导了一个状态空间上的状态分布的映射,即:[math]\phi:P(s_m)\rightarrow P(s_M)[/math],其中[math]s_m\in S_m, s_M\in S_M[/math]为微观或宏观的状态变量。 |
| | | | |
| − | 2. 对转移概率进行粗粒化:基于上一步的分组方式,状态合并后的概率转移矩阵也必须发生相应的变化,即需要对整个马尔科夫转移概率矩阵做约简。然而,具体的约简方法则存在着不同的标准,在因果涌现理论中,这一原则是要让约简后的概率转移矩阵的EI最大化。
| + | 3. 对转移概率矩阵(TPM)进行粗粒化:基于第一步的分组方式,状态合并后的概率转移矩阵也必须发生相应的变化,即需要对整个马尔科夫转移概率矩阵做粗粒化。这实际上定义了一个新的映射[math]\Phi: F_m\rightarrow F_M[/math],其中[math]F_m,F_M[/math]分别为状态空间[math]S_m[/math]和[math]S_M[/math]上定义的所有可能的转移概率矩阵。 |
| | | | |
| − | 3. 判断粗粒化前后的两个概率转移矩阵的性质:
| + | 然而,并不是任意的[math]\Phi[/math]都是两定义的粗粒化方式,通常情况下,我们需要要求粗粒化后的TPM仍然是一个合法的TPM,而且粗粒化后的宏观动力学应该与微观动力学的粗粒化彼此一致。在因果涌现理论中,TPM的粗粒化实际上是通过最大化粗粒化后的TPM的有效信息最大化实现的,但是这一要求实际上并不满足宏观TPM仍然满足合法性的条件。因此,关于马尔科夫链粗粒化的方法存在着较大的争议<ref name="Eberhardt">Eberhardt, F., & Lee, L. L. (2022). Causal emergence: When distortions in a map obscure the territory. Philosophies, 7(2), 30.</ref>以及[[因果涌现]]词条,更详细具体的描述,请参考[[马尔科夫链的粗粒化]]。 |
| | | | |
| − | 关于马尔科夫链粗粒化更详细具体的描述,请参考[[马尔科夫链的粗粒化]]。
| + | === 基于变量的粗粒化=== |
| | | | |
| − | 假设系统所有可能的微观态构成了微观态集合[math]S_m[/math]。那么,状态空间的粗粒化是指,系统的微观态[math]S_m[/math]通过一定的映射方式[math]\phi: S_m \rightarrow S_M[/math],被转换为一组宏观态描述,其中宏观态的可能空间被定义为[math]S_M[/math]的过程,宏观态空间[math]S_M[/math]的元素数目通常比微观态[math]S_m[/math]的小。
| + | 需要注意的是,Erik在2013年的文章中,即提出基于有效信息的因果涌现理论时,未显式地严格地定义粗粒化的含义与步骤,它只是基于直观地对变量空间进行分组、归并(原文使用“grouping分组”来描述这一过程)。这种对变量和动力学的粗粒化又包括:直接针对变量进行的空间粗粒化,和对变量的动力学(即,概率转移矩阵TPM)进行的时间粗粒化,以及将变量“移出”系统的变量外部化操作,下面将详细介绍这几种粗粒化是如何进行的。 |
| | | | |
| − | | + | 1.'''空间粗粒化''':针对微观变量的状态空间进行粗粒化。以两个布尔变量为例,共有四种微观态[math]S_m = \{00,01,10,11\}[/math],首先将这两个微观变量归并为一个宏观变量,再对变量状态空间按照[math]M:[00,01,10] = off[/math],\quad[math][11] = on[/math]的规则归并,最终保持宏观变量的布尔属性。粗粒化的结果是一个宏观变量,对应两个宏观态[math]S_M = \{on, off\}[/math]。 |
| − | 需要注意的是Erik在提出基于有效信息的因果涌现理论时,未显式地定义粗粒化的含义与步骤,并且都是基于变量进行的分组归并(原文使用“grouping分组”来描述这一过程)。他提出了几种粗粒化方式,包括:直接针对变量进行的空间粗粒化,对变量的动力学(即,概率转移矩阵TPM)进行的时间粗粒化,以及将变量“移出”系统动力学的变量外部化操作,下面将介绍这几种粗粒化是如何进行的。
| |
| − | | |
| − | 1.'''空间粗粒化''':针对微观变量的状态空间进行粗粒化。以两个布尔变量为例,共有四种微观态[math]S_m = \{00,01,10,11\}[/math],首先将这两个微观变量归并为一个宏观变量,再对变量状态空间按照[math]M:[[00,01,10] = off, [11] = on][/math]的规则归并,最终保持宏观变量的布尔属性。粗粒化的结果是一个宏观变量,对应两个宏观态[math]S_M = \{on, off\}[/math]。 | |
| | | | |
| | 2.'''时间粗粒化''':粗粒化针对的不再是微观变量,而是微观动力学时间步,重新定义马尔科夫动力学。例如,一个系统下一时刻的微观态不仅依赖当前时刻的状态,还依赖于前一个时间步的状态,这种情况通常称为二阶马尔科夫性质。这种性质下,可以将两个微观动力学时间步粗粒化为一个宏观时间步,可以得到时间粗粒化后的宏观系统(详细分解见下面时间因果涌现实例部分)。 | | 2.'''时间粗粒化''':粗粒化针对的不再是微观变量,而是微观动力学时间步,重新定义马尔科夫动力学。例如,一个系统下一时刻的微观态不仅依赖当前时刻的状态,还依赖于前一个时间步的状态,这种情况通常称为二阶马尔科夫性质。这种性质下,可以将两个微观动力学时间步粗粒化为一个宏观时间步,可以得到时间粗粒化后的宏观系统(详细分解见下面时间因果涌现实例部分)。 |