熵是一个非常多面的物理量。从热力学开始,相关概念已被引入许多不同的领域,如统计力学、信息论、动力系统理论、计算理论和量子理论。学术界对信息的兴趣在过去几十年中也日益增长,并被广泛认为在我们理解世界和我们与世界的关系中发挥着至关重要的作用。随着这两个概念的并行发展,它们的相互联系有望揭示出关于世界的有趣和令人惊讶的事情。本文将探讨熵和信息的一些主要主题以及它们之间联系的各种性质。本文采用准历史方法来研究这个主题,追溯这两个概念在不同时间的起源、发展和交集。因此,我们先从热力学中的熵,即其原始化身开始,然后再讨论统计力学中的熵(玻尔兹曼和吉布斯)。人们试图用分子的微观力学来简化或解释宏观热力学行为,这导致了统计力学中熵的各种定义。正是在这里,熵与信息的联系首次显现出来。然后我们继续讨论香农信息,这是通信理论中一个精确定义的数学量,它与统计力学中的熵在形式和概念上有很大相似之处。直到通信理论为我们提供了精确的信息数学表征之前,所使用的信息概念一直是粗略的、普通的语言意义上的信息,即我们学习的东西或我们用来增加知识的东西。因此,通过香农信息度量,我们能够真正评估熵和信息之间精确的形式和概念联系。埃德温·杰恩斯 (Edwin Jaynes) 对这个项目做出了重大贡献,他提出了一种看待经典统计力学的新方法,以香农信息为基础。20 世纪 60 年代,罗尔夫·兰道尔 (Rolf Landauer) 在计算理论的背景下提出了这方面的进一步发展。他提出,计算机在处理信息时不可避免地会产生熵。本文最后总结了更多现代和当前的研究课题,探索了量子理论和量子计算中的熵和信息。
我们研究了d¼4minkowski时空中自由费米子场理论的纠缠熵的通用对数系数。作为热身,我们通过对D¼2半线的尺寸减小以及随后在晶格上进行数值实时计算来重新审视无质量自旋1 = 2场情况。出乎意料的是,该面积系数差异以径向离散化,但对于由相互信息引起的几何正则化是有限的。所得的通用对数系数 - 11 = 90与文献一致。对于自由质量自旋 - 3 = 2场,Rarita-Schwinger场,我们还对半行进行了尺寸降低。除了省略最低的总角动量模式外,降低的哈密顿量与自旋1 = 2一致。这给出了一个通用对数系数-71 = 90。我们讨论了无应力能量张量的自由高自旋场理论的通用对数系数的物理解释。
熵今天从物理学到Sta tistics,工程到社会科学都有许多应用,是从热力学中提取的概念。在热力学中,熵表示无法转换为机械工作并分布在整个宇宙中的系统的热能。例如;当具有一定势能的球掉落到斜坡时,并非所有势能都可以转化为动能,其中一些能量将其作为热能分布到宇宙中。这种能量以热量和随机分布在整个宇宙中,代表熵。根据热力学的第二定律,在任何过程中系统的熵变化都必须为零或阳性。因为宇宙中的所有过程都从秩序转变为无序,并倾向于增加其熵。通常,在物理系统中,熵可以定义为系统中不确定性和不确定性的数值[1]。在本文中,我们分析了生物系统中的熵,熵对健康的影响以及减少熵的方法
摘要 众所周知,量子态的 Wigner 函数可以取负值,因此它不能被视为真正的概率密度。在本文中,我们研究了在相空间中寻找扩展到负 Wigner 函数的熵类函数的难度,然后主张定义与任何 Wigner 函数相关的复值熵的优点。这个量,我们称之为复 Wigner 熵,是通过在复平面上对 Wigner 函数的 Shannon 微分熵的解析延拓来定义的。我们表明,复 Wigner 熵具有有趣的特性,特别是它的实部和虚部在高斯幺正(相空间中的位移、旋转和压缩)下都是不变的。当考虑高斯卷积下 Wigner 函数的演化时,它的实部在物理上是相关的,而它的虚部仅与 Wigner 函数的负体积成正比。最后,我们定义任何维格纳函数的复值费希尔信息,当状态经历高斯加性噪声时,它与复维格纳熵的时间导数相关联(通过扩展的德布鲁因恒等式)。总的来说,预计复平面将为分析相空间中准概率分布的熵特性提供一个适当的框架。
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为什么大脑有抑制连接?为什么深度网络有负权重?我们从表示容量的角度提出了一个答案。我们认为表示函数是(i)大脑在自然智能中的主要作用,以及(ii)深度网络在人工智能中的主要作用。我们对为什么有抑制/负权重的答案是:学习更多函数。我们证明,在没有负权重的情况下,具有非递减激活函数的神经网络不是通用近似器。虽然这对某些人来说可能是一个直观的结果,但据我们所知,无论是在机器学习还是神经科学中,都没有正式的理论来证明为什么负权重在表示容量的背景下至关重要。此外,我们还对非负深度网络无法表示的表示空间的几何特性提供了见解。我们期望这些见解将使人们对施加于权重分布的更复杂的归纳先验有更深入的理解,从而实现更高效的生物和机器学习。
将铁电负电容 (NC) 集成到场效应晶体管 (FET) 中有望突破被称为玻尔兹曼暴政的功耗基本限制。然而,在非瞬态非滞后状态下实现稳定的静态负电容仍然是一项艰巨的任务。问题源于缺乏对如何利用由于域状态出现而产生的 NC 的根本起源来实现 NC FET 的理解。在这里,我们提出了一种基于铁电域的场效应晶体管的巧妙设计,具有稳定的可逆静态负电容。使用铁电电容器的电介质涂层可以实现负电容的可调性,从而极大地提高了场效应晶体管的性能。
摘要 要在本世纪中叶实现净零排放,通过负排放技术 (NET) 去除大气中的二氧化碳将发挥不可或缺的作用。随着可再生能源技术 (RET) 的引入和推广,一种清洁技术已经面临与 NET 类似的障碍——前期成本高、竞争力有限和公众认知度低。本文将 NET 政策建议与从 RET 支持中得到的经验教训进行了比较。对于 NET,由于其尚处于起步阶段,使用研发支持进行创新是明确的,然而,无论 NET 是作为替代缓解策略、过渡技术还是最后手段使用,需求拉动工具都不同。作为一种替代缓解方法,通过将 NET 整合到排放交易系统中的市场化方法是适用的,因为与减排相比,使用 NET 没有额外的环境效益。使用 NET 作为过渡技术需要限制对 NET 的需求,以控制 NET 的数量,甚至可能控制其类型。这可以通过强制或拍卖来实现。作为最后的手段,通过 NET 进行清除需要政府的大力参与,因为排放清除构成了纯公共物品。这需要公共采购甚至国家主导的 NET 运营。