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另一方面,<math>\Phi P'</math>的含义是将<math>P'</math>的每一行按照<math>\Phi</math>复制到对应的微观状态的行中。所以,我们会发现<math>\Phi P'</math>和<math>P \Phi</math>的结果是一样的。
 
另一方面,<math>\Phi P'</math>的含义是将<math>P'</math>的每一行按照<math>\Phi</math>复制到对应的微观状态的行中。所以,我们会发现<math>\Phi P'</math>和<math>P \Phi</math>的结果是一样的。
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===一致性Consistency===
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这一小节里讨论马尔科夫链的成块划分 与 HOM(Higher-order Macronodes,详情请参考[[复杂网络中的因果涌现]])之间的关系,以及它们与一致性的联系。
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Higher-order Macronodes,是由Jian Xu等人<ref name=":3">J. Xu, T. L. Wickramarathne, and N. V. Chawla, 'Representing higher-order dependencies in networks,' Science Advances, vol. 2, Article ID el600028, 2016.a</ref>提出,根据给定的微观马尔科夫链和节点划分方案,得出一个和微观转移矩阵保持一致的宏观转移矩阵的方法。
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===一致性Consistency===
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我们通过一个简单的成块划分例子来展示:成块性的粗粒化与HOM是如何对应的。该例子的状态转移图如下图所示:
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[[文件:Lumpability例子示意图.png|缩略图|图6:例子示意图|替代=|500像素|无]]
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与之相应的状态转移概率矩阵为:
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<math>
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\begin{aligned}
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P = P_{s_i \rightarrow s_j} = \left [
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\begin{array}{c:c:cc:c:c}
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0  & 0 & 0.3 & 0.1 & 0.6 & 0\\
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\hdashline
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0  & 0 & 0.2 & 0.3 & 0 & 0.5\\
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\hdashline
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0 & 0 & 0 & 0.7 & 0.2 & 0.1\\
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0 & 0 & 0.7 & 0 & 0.2 & 0.1\\
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\hdashline
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1.0  & 0 & 0 & 0 & 0 & 0\\
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0  & 1.0 & 0 & 0 & 0 & 0\\
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\end{array}
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\right ]
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\end{aligned}
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</math>
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对于这个转移概率矩阵,<math>\{1, 2, \{34\}, 5, 6\}</math>是一个成块的划分。
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首先,我们先按照成块性的粗粒化定义,计算对应的宏观转移概率:
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<math>
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\begin{aligned}
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\left [
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\begin{array}{c:c:c:c:c}
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0  & 0 & 0.4 & 0.6 & 0\\
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\hdashline
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0  & 0 & 0.5 & 0 & 0.5\\
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\hdashline
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0 & 0 & 0.7 & 0.2 & 0.1\\
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\hdashline
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1.0  & 0 & 0 & 0 & 0\\
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0  & 1.0 & 0 & 0 & 0\\
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\end{array}
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\right ]
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</math>
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然后,我们简单介绍[[网络归并]]中构建宏观HOM转移概率矩阵的计算方法。
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在图(6)中,我们将节点3和4视为待合并的节点<math>A</math>。
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1. 计算合并节点的入流:对于其他节点到待合并节点<math>A</math>的连边(图(6)中绿色的连边),直接加和即可。例如,<math>p_{s_1 \rightarrow A} = 0.3+0.1=0.4</math>,<math>p_{ s_2 \rightarrow A} = 0.2+0.3=0.5</math>
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2. 计算合并节点的出流:对于待合并节点<math>A</math>到其他节点的连边(图(6)中棕色的连边),需要考虑三种情况:
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#当待合并节点<math>A</math>间存在连边时;
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#当待合并节点<math>A</math>指向同一个输出节点时;
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#当待合并节点<math>A</math>指向不同输出节点时;
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待合并节点<math>A</math>的出流的计算方式都不一样,如图(7)所示:
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[[文件:HOM示例.png|缩略图|图7:HOM节点边权合并示意图|替代=|800像素|无]]
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'''然而''',我们注意到,这三种计算方式本质上都是对待合并节点<math>A</math>中各节点的出流<math>W_i^{out}</math>的加权求和。而成块性的特性决定了,群组里的各节点到其他群组的出流<math>W_i^{out}</math>都是一样的。所以,对相同的<math>W_i^{out}</math>进行任意加权平均的结果仍然是<math>W_i^{out}</math>。这意味着,无论根据哪种情况采用哪种加权方法,对于成块划分来说,最终的结果都是一致的,且与成块性的粗粒化结果相同。
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由此,我们总结,'''成块性的聚合方式和HOM的计算方式,无论入流还是出流都完全一致。'''
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我们看到这两个目标函数非常相似。因此,我们可以通过上述算法或 k-Means 聚类来获取最优的状态划分,进而判断马尔科夫矩阵的成块性。
 
我们看到这两个目标函数非常相似。因此,我们可以通过上述算法或 k-Means 聚类来获取最优的状态划分,进而判断马尔科夫矩阵的成块性。
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==成块性的相关概念==
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这一小节里讨论马尔科夫链的成块划分 与 HOM(Higher-order Macronodes,详情请参考[[复杂网络中的因果涌现]])之间的关系。Higher-order Macronodes,是由Jian Xu等人<ref name=":3">J. Xu, T. L. Wickramarathne, and N. V. Chawla, 'Representing higher-order dependencies in networks,' Science Advances, vol. 2, Article ID el600028, 2016.a</ref>提出,根据给定的微观马尔科夫链和节点划分方案,得出一个和微观转移矩阵保持一致的宏观转移矩阵的方法。
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我们通过一个简单的成块划分例子来展示:成块性的粗粒化与HOM是如何对应的。该例子的状态转移图如下图所示:
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[[文件:Lumpability例子示意图.png|缩略图|图6:例子示意图|替代=|500像素|无]]
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与之相应的状态转移概率矩阵为:
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<math>
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\begin{aligned}
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P = P_{s_i \rightarrow s_j} = \left [
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\begin{array}{c:c:cc:c:c}
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0  & 0 & 0.3 & 0.1 & 0.6 & 0\\
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0  & 0 & 0.2 & 0.3 & 0 & 0.5\\
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\hdashline
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0 & 0 & 0 & 0.7 & 0.2 & 0.1\\
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对于这个转移概率矩阵,<math>\{1, 2, \{34\}, 5, 6\}</math>是一个成块的划分。
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首先,我们先按照成块性的粗粒化定义,计算对应的宏观转移概率:
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<math>
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\begin{aligned}
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\left [
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\begin{array}{c:c:c:c:c}
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0  & 0 & 0.4 & 0.6 & 0\\
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0  & 0 & 0.5 & 0 & 0.5\\
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</math>
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然后,我们简单介绍[[网络归并]]中构建宏观HOM转移概率矩阵的计算方法。
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在图(6)中,我们将节点3和4视为待合并的节点<math>A</math>。
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1. 计算合并节点的入流:对于其他节点到待合并节点<math>A</math>的连边(图(6)中绿色的连边),直接加和即可。例如,<math>p_{s_1 \rightarrow A} = 0.3+0.1=0.4</math>,<math>p_{ s_2 \rightarrow A} = 0.2+0.3=0.5</math>
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2. 计算合并节点的出流:对于待合并节点<math>A</math>到其他节点的连边(图(6)中棕色的连边),需要考虑三种情况:
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#当待合并节点<math>A</math>间存在连边时;
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#当待合并节点<math>A</math>指向同一个输出节点时;
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#当待合并节点<math>A</math>指向不同输出节点时;
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待合并节点<math>A</math>的出流的计算方式都不一样,如图(7)所示:
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[[文件:HOM示例.png|缩略图|图7:HOM节点边权合并示意图|替代=|800像素|无]]
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'''然而''',我们注意到,这三种计算方式本质上都是对待合并节点<math>A</math>中各节点的出流<math>W_i^{out}</math>的加权求和。而成块性的特性决定了,群组里的各节点到其他群组的出流<math>W_i^{out}</math>都是一样的。所以,对相同的<math>W_i^{out}</math>进行任意加权平均的结果仍然是<math>W_i^{out}</math>。这意味着,无论根据哪种情况采用哪种加权方法,对于成块划分来说,最终的结果都是一致的,且与成块性的粗粒化结果相同。
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由此,我们总结,'''成块性的聚合方式和HOM的计算方式,无论入流还是出流都完全一致。'''
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==因果态==
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详情请参考[[计算力学]]。
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=参考文献=
 
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