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Spectral Simplicity of Apparent Complexity, Part II: Exact Complexities and Complexity Spectra

机译:表观复杂性的光谱简单性,第二部分:精确复杂性   和复杂性谱

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摘要

The meromorphic functional calculus developed in Part I overcomes thenondiagonalizability of linear operators that arises often in the temporalevolution of complex systems and is generic to the metadynamics of predictingtheir behavior. Using the resulting spectral decomposition, we deriveclosed-form expressions for correlation functions, finite-length Shannonentropy-rate approximates, asymptotic entropy rate, excess entropy, transientinformation, transient and asymptotic state uncertainty, and synchronizationinformation of stochastic processes generated by finite-state hidden Markovmodels. This introduces analytical tractability to investigating informationprocessing in discrete-event stochastic processes, symbolic dynamics, andchaotic dynamical systems. Comparisons reveal mathematical similarities betweencomplexity measures originally thought to capture distinct informational andcomputational properties. We also introduce a new kind of spectral analysis viacoronal spectrograms and the frequency-dependent spectra of past-future mutualinformation. We analyze a number of examples to illustrate the methods,emphasizing processes with multivariate dependencies beyond pairwisecorrelation. An appendix presents spectral decomposition calculations for oneexample in full detail.
机译:在第一部分中开发的亚纯函数演算克服了线性算子的非对角可化性,线性算子在复杂系统的时间演化中经常出现,并且对于预测其行为的元动力学是通用的。使用由此产生的频谱分解,我们得出相关函数,有限长度香农熵率,渐近熵率,过量熵,瞬态信息,瞬态和渐近状态不确定性以及由有限状态隐马尔可夫模型产生的随机过程的同步信息的闭式表达式。 。这将分析易处理性引入到研究离散事件随机过程,符号动力学和混沌动力学系统中的信息处理中。比较结果表明,复杂性度量之间的数学相似性最初被认为是捕获独特的信息和计算属性。我们还介绍了一种新的光谱分析,包括冠状图和过去相互信息的频率相关光谱。我们分析了许多例子来说明这些方法,强调了具有成对相关性以外的多元依赖性的过程。附录详细介绍了一个示例的光谱分解计算。

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