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有限窗日志的停机判据:NPE 尾项熵通量、三位一体刻度与 WSIG–EBOC–RCA 统一框架

Version: 1.24

摘要

建立一套把“观察者是否停机(halting)“刻画为“有限窗重构误差的尾项熵通量可积性“的公理化理论。在 Toeplitz/Berezin 压缩、散射相位与 Wigner–Smith 群延迟的统一能标下,以三位一体刻度同一式 为母尺,定义窗化读数、信息增量密度与尾项熵通量;以 Nyquist–Poisson–Euler–Maclaurin(NPE)三分解的有限阶误差学为闭合纪律,提出“停机当且仅当尾项熵通量在刻度趋细时可积并趋零“的判据。主要结果:其一,在紧框架窗族与被动通道假设下的停机存在性定理;其二,以远区衰减与奇性不增为枢纽的可积性—非可积性分界;其三,固定资源约束下最小化尾项熵通量的最优窗变分原理与群延迟—带宽乘积上界;其四,在 EBOC 静态块与 RCA 可逆动力之间,给出“停机≡日志完备性边界“的语义同构与可逆计算的刻度化刻画。附录给出有限阶 Euler–Maclaurin 与 Poisson 的具体配方、Carleson—Landau 稳定采样准则的窗化版本,以及 Toeplitz/Berezin 压缩的范数—迹—谱控制不等式。


0. 记号与公理 / 约定

母刻度(Trinity):在绝对连续谱几乎处处,定义散射相位导数、相对态密度与群延迟迹的同一刻度 Birman–Kreĭn 公式 ,因此 从而 。(arXiv)

对象与窗:Hilbert 空间 ,观测三元 。窗 诱导 Toeplitz/Berezin 压缩核 (步长/刻度 ),并诱导对谱测度的连续线性读数泛函。Toeplitz/Berezin 参考文献见 Engliš 与 Boutet de Monvel–Guillemin。(users.math.cas.cz)

窗剖面、能带与尾域:设工作带 为固定有界能带;记可能的阈值(或其他不可去奇性)集合为 。定义窗剖面 为由窗 诱导的能量轴权函数(例如窗化投影的对角 的归一化版本),仅要求 可测、非负且在远区具有给定的可积/次可积衰减。给定远区截断 (随刻度单调增,且 ),并为每个阈值点引入奇性剥离半径 。定义修正工作域 以及尾域 尾域 同时捕捉远区高能贡献与阈值奇性邻域;随 ,远区外推与奇性剥离同步收敛。§5.3 中的带内积分理解为对 的积分。

NPE 三分解(有限阶):对任一可重构读数的离散—连续误差,采用 其中 来自 Poisson 混叠、 来自有限阶 Euler–Maclaurin 边界层、 为远区尾项。Euler–Maclaurin 与 Poisson 的精确配方取自 DLMF 与近期改进。(dlmf.nist.gov)

窗族与稳定性:窗族 为紧框架,存在 使所有工作带上读数稳定;通道被动(无源、幺正), 为自伴。后文不假设 非负。框架稳定性与 Wexler–Raz 双正交关系、Landau 密度条件共同确保采样—重构稳定。(sites.math.duke.edu)

有限阶纪律:只使用有限阶 Euler–Maclaurin;在 Nyquist 条件下以 Poisson 去除带内混叠;“奇性不增/极点=主尺度”。


1. 窗化读数与熵学对象

1.1 窗化能谱读数

给定能量轴上的可测函数型读数 ,定义窗化总读数 在母刻度下, 的局部化近似。

下文默认读数符号 有界:

1.2 信息增量与尾项熵通量

为避免仅归一化密度的限制,引入 Orlicz 型熵泛函( 结构):令 ,对非负可测函数 定义 定义刻度二分细化 的边际信息增量 尾项熵通量 由 de la Vallée Poussin 与 Vitali 判据,若 满足所述局部 与远区可积,则 ,且族 变量一致可积;关于 可积性不由此推出,并在 §3.1 中作为独立假设给出。(arXiv)


2. NPE 三分解的结构与控制

2.1 分解

),写成 在 Nyquist 条件下, 由 Poisson 重排抑制; 由有限阶 Euler–Maclaurin 给出边界层多项式—余项控制; 取决于远区 的衰减与奇性。(dlmf.nist.gov)

2.2 尾项的 Orlicz 控制

在尾域 上,有 。若 (奇点集外)且远区满足 衰减,则 (DVP–Vitali 给出对 的一致可积与极限交换)。关于 可积性需另加 §3.1 的假设。(arXiv)


3. 停机判据与等价性

3.1 定义(Frame Halting)

存在 使对 成立 且 Nyquist 稳定(框架常数与带宽约束保证 有界)。则称 前停机

3.2 等价定理

定理 3.1(停机—可积性等价) 在 0 节公理及 2 节结构下,

证明梗概:利用 Orlicz 函数 的超线性增长, 的极限由均匀可积控制而与尾项等价;Poisson 与有限阶 EM 使非尾项贡献在 时可统一上界;反向方向改用 Orlicz–Bregman 发散 模凸性(半径依赖的强凸)。为与 对应,令 并约定下述 与集合分解均在尾域 上评估。由 该式给出 Orlicz–Bregman 发散的全程模凸性下界(半径依赖)。再把 分解为 ,尾域收缩与 带来的 Orlicz 一致可积共同推出 。(people.lids.mit.edu)

3.3 完备追求与不停机

推论 3.2 若对任意小 ,则 不可积或不趋零,称不停机。于是“追求完备 尾项熵通量持续外渗 不停机“。


4. 存在性与非存在性:远区衰减的分界

4.1 停机存在性

定理 4.1(存在性) 设窗族为紧框架、通道被动,且存在 使 并且读数符号 。则存在 使得停机成立。

证明要点:由 得尾积分有界;再用 与 de la Vallée Poussin–Vitali 给出均匀可积与趋零;有限阶 EM 与 Nyquist(见 7 节之 Landau 下界)消除别项。(archive.ymsc.tsinghua.edu.cn)

4.2 非停机的充分条件

定理 4.2(非存在性) 在 §0–§2 的公理与结构下,若存在常数 使得对所有 ,尾域 中存在正测度子集且 ,则下述任一条件成立时有 ,因而不停机

(a) 远区幂律),且

(b) 阈值奇性:存在阈值点 ),且

说明:远区属小 区域, 给出 的临界 ;阈值属大 区域, 给出 的临界


5. 变分原理与最优窗

5.1 资源约束与时频条件数

设带宽 、窗长 、步长 给定,窗族框架常数为 (与带宽符号区分),定义有效时频条件数

5.2 目标泛函与欧拉方程

在可行集(框架与能量预算约束)上最小化 为刻度权。变分所得欧拉—拉格朗日方程表明最优对偶窗 逼近最小不确定性形状并趋向紧框架极限(Gabor/Wexler–Raz 同步化)。(sites.math.duke.edu)

5.3 群延迟—带宽乘积上界

定理 5.1 在带限或弱色散区,存在常数 (仅依赖窗族正则性与被动性)使

证明要点:令 。由 Toeplitz/Berezin 符号—算子比较与迹理想估计得 再以框架上下界折算为 因子,得所示不等式。(美国数学会)


6. EBOC 本体与 RCA 语义对位

6.1 静态块视角

EBOC 把宇宙视为静态块;窗口 把“观测—计算“统一为算子—测度—函数三元。停机意指在母刻度上边际信息密度消失,尾项熵通量可积并趋零。

6.2 可逆元胞自动机(RCA)日志

在一维 RCA 的空间—时间图中,以群延迟诱导前沿速度刻度;经编码映射得到离散相对态密度 。窗化日志的 NPE 同构成立:若语言远区呈非可积尾(),则不停机;若满足 4.1 的可积衰减,则存在停机刻度


7. 稳定采样与可重构性

7.1 Landau 密度与 Nyquist 条件

在 Paley–Wiener 与其窗化变体上,Landau 给出采样—插值的必要密度下界;近年的推广适用于更广泛的谱子空间与椭圆算子谱子空间。窗化场景中,密度下界与框架常数共同给出 Nyquist 可达条件,使 在 NPE 中可控,尾项成为停机的主判别因子。(archive.ymsc.tsinghua.edu.cn)

7.2 Carleson—de Branges 视角

在 de Branges 空间与相关权下,采样—插值的 Carleson 类型准则在“相位导数可控/加倍“的假设下成立,从而为窗化稳定性提供泛函解析支架。(SpringerLink)


8. 操作化分界与例示

8.1 远区幂律

远区幂律(在规范读数 ,或更一般地 在远区不消失的情形)。若 ),则:

  • 可积,存在 停机;
  • :临界慢衰减,不停机(在上述前提下, 对任意 发散,);
  • 不停机

8.2 阈值奇性

阈值奇性 设某阈值 且存在 使 。则:

  • 在阈值剥离 下有限且趋零,存在 使停机
  • :临界慢奇性,(任意 ),不停机
  • 不停机

说明:若 在阈值邻域消失,则上述“发散/不停机“结论不必成立,需改用 §4.2 的条件判断。与 §8.1 的远区分界 互为“小 /大 “两种不同渐近。


9. 主定理与证明要点

  • 定理 3.1:停机 尾项熵通量可积且趋零(de la Vallée Poussin 均匀可积判据 + Orlicz–Bregman 发散的模凸性(半径依赖的强凸))。(arXiv)
  • 定理 4.1 衰减与紧框架—被动性给出停机存在性(Hölder—Young + NPE 有限阶闭合 + Nyquist)。(archive.ymsc.tsinghua.edu.cn)
  • 定理 4.2:远区幂律 或阈值奇性 ,且读数在尾域不消失 不停机 不可积/发散)。
  • 定理 5.1:群延迟—带宽乘积上界(Toeplitz/Berezin 迹—范数控制 + 迹理想 + 母刻度)。(美国数学会)
  • RCA 命题:离散刻度下语言远区不可积 不停机;可积 存在停机刻度。

10. 讨论:规范不变的时间尺与资源密度

三位一体刻度把“时间—能量—信息“同一为 。时间尺由群延迟迹的积分给出,具有规范不变性;停机对应该母尺上边际信息密度的消失,而不停机对应对非可积尾的持续“开采“。由此,“追求完备 = 追求不停机“获得可检验的数理化定义。


附录 A:有限阶 Euler–Maclaurin 与 Poisson 配方

对充分光滑 ,有限阶 EM(至 阶)给出 余项 的有界变差控制;Poisson 重排在 Nyquist 条件下消除带内混叠,二者合用形成有限阶闭合与奇性不增纪律。(dlmf.nist.gov)


附录 B:Landau 密度与窗化版本

Paley–Wiener 场景的采样/插值必要密度由 Landau 给出;Gröchenig 等对椭圆谱子空间给出近期推广。窗化情形下,下界常数与框架常数耦合,统一控制 并突显 的主导地位。(archive.ymsc.tsinghua.edu.cn)


附录 C:Toeplitz/Berezin 压缩与迹—范数—谱控制

为有符号测度:,其总变差为 。若 为窗化投影, 为观测算子),则 可由迹理想与 Berezin–Toeplitz 符号—算子比较给出。(美国数学会)


附录 D:Trinity 与相对态密度、群延迟、相位

Birman–Kreĭn 公式 与 Wigner–Smith 矩阵 蕴含 因而 由此确立本文母刻度的三位一体同一式。(arXiv)


参考文献(选)

1 E. P. Wigner, “Lower Limit for the Energy Derivative of the Scattering Phase Shift,” Phys. Rev. 98 (1955). (物理评论链接管理器) 2 F. T. Smith, “Lifetime Matrix in Collision Theory,” Phys. Rev. 118 (1960). (chaosbook.org) 3 M. G. Kreĭn; M. Sh. Birman, Birman–Kreĭn 公式与谱移函数,综述见 A. Pushnitski, arXiv:1006.0639 (2010). (arXiv) 4 D. Borthwick & Y. Wang, “Birman–Kreĭn formula and scattering phase,” arXiv:2110.06370 (2022). (arXiv) 5 H. J. Landau, “Necessary density conditions for sampling and interpolation…,” Acta Math. 117 (1967);及 K. Gröchenig 等近年推广,APDE 17 (2024). (archive.ymsc.tsinghua.edu.cn) 6 O. Christensen, An Introduction to Frames and Riesz Bases, 2nd ed.(框架理论与 Wexler–Raz)。(dlib.scu.ac.ir) 7 I. Daubechies et al., “Gabor Time–Frequency Lattices and the Wexler–Raz Identity,” JFAA (1995). (sites.math.duke.edu) 8 M. Engliš, “An excursion into Berezin–Toeplitz quantization…,” 2011;L. Boutet de Monvel & V. Guillemin, The Spectral Theory of Toeplitz Operators, 1981。(users.math.cas.cz) 9 NIST DLMF, §2.10 Euler–Maclaurin 及相关条目;并见 Trefethen 等关于梯形规则与 EM 统一误差。(dlmf.nist.gov) 10 B. Simon, Trace Ideals and Their Applications, 2nd ed., AMS (2005). (美国数学会) 11 de la Vallée Poussin 均匀可积判据及其现代表述(Vitali/Orlicz– 观点)。(arXiv) 12 Pinsker/Csizsár–Kullback 不等式及其推广,用以把熵差联结到总变差控制。(people.lids.mit.edu)

(文内未尽之标准事实均可由上述文献与相应教材处查证。)