Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > cs > arXiv:2504.08807

帮助 | 高级搜索

计算机科学 > 信息论

arXiv:2504.08807 (cs)
[提交于 2025年4月9日 ]

标题: 关于高维空间中距离度量失效与涌现现象之间关系的探索性研究

标题: The Exploratory Study on the Relationship Between the Failure of Distance Metrics in High-Dimensional Space and Emergent Phenomena

Authors:HongZheng Liu, YiNuo Tian, Zhiyue Wu
摘要: 本文提出一个统一框架,整合信息论与统计力学,将高维数据的度量失效与复杂系统的涌现现象联系起来。 我们提出了“信息稀释定理”,表明随着维度($d$)增加,几何度量(例如欧几里得距离)与系统状态之间的互信息效率衰减大约为$O(1/d)$。 这种衰减源于系统熵线性增长与度量熵次线性增长之间的不匹配,解释了距离集中性的机制。 在此基础上,我们基于互信息矩阵谱和信息瓶颈理论推导出交互编码能力($C'$),引入了基于信息结构复杂度($C(S)$)。 “涌现临界定理”指出,当$C(S)$超过$C'$时,必然会出现新的全局特征,满足预定义的互信息阈值。 这为自组织和相变提供了操作标准。 我们讨论了其在物理、生物和深度学习中的潜在应用,提出了像基于MI的流形学习(UMAP+)等可能方向,并为跨学科分析涌现现象提供了定量基础。
摘要: This paper presents a unified framework, integrating information theory and statistical mechanics, to connect metric failure in high-dimensional data with emergence in complex systems. We propose the "Information Dilution Theorem," demonstrating that as dimensionality ($d$) increases, the mutual information efficiency between geometric metrics (e.g., Euclidean distance) and system states decays approximately as $O(1/d)$. This decay arises from the mismatch between linearly growing system entropy and sublinearly growing metric entropy, explaining the mechanism behind distance concentration. Building on this, we introduce information structural complexity ($C(S)$) based on the mutual information matrix spectrum and interaction encoding capacity ($C'$) derived from information bottleneck theory. The "Emergence Critical Theorem" states that when $C(S)$ exceeds $C'$, new global features inevitably emerge, satisfying a predefined mutual information threshold. This provides an operational criterion for self-organization and phase transitions. We discuss potential applications in physics, biology, and deep learning, suggesting potential directions like MI-based manifold learning (UMAP+) and offering a quantitative foundation for analyzing emergence across disciplines.
主题: 信息论 (cs.IT) ; 统计力学 (cond-mat.stat-mech); 适应性与自组织系统 (nlin.AO)
引用方式: arXiv:2504.08807 [cs.IT]
  (或者 arXiv:2504.08807v1 [cs.IT] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.08807
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Zhiyue Wu [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 4 月 9 日 02:19:58 UTC (65 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • HTML(实验性)
  • TeX 源代码
  • 其他格式
许可图标 查看许可
当前浏览上下文:
cs.IT
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2025-04
切换浏览方式为:
cond-mat
cond-mat.stat-mech
cs
math
math.IT
nlin
nlin.AO

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号