观察者—状态离散流形的 Zeckendorf 坐标化:与 WSIG–EBOC–RCA 的公理化耦合、有限阶 Euler–Maclaurin 误差学与窗化迹稳定性
Version: 2.13
摘要
构造一套将“观察者状态“索引空间公理化为离散流形的理论,并以 Zeckendorf 唯一分解提供其对数—稀疏坐标图;再以一般线性递推族与 -展开形成多图册与可逆坐标过渡。本文在 WSIG–EBOC–RCA 统一框架下前置“Notation & Axioms / Conventions“,以刻度同一式 为母尺,将“窗口/读数/测量“统一为算子—测度—函数分析对象。在“带限+Nyquist+有限阶 Euler–Maclaurin(EM)+Poisson“纪律下,我们建立:其一,离散流形 的 Zeckendorf 坐标图 的唯一性、最简性与对数尺度雅可比;其二,多图册过渡的“奇性不增“与“极点=主尺度“;其三,窗化 Toeplitz/Berezin 压缩 的对数行列式泛函 对符号与窗口的变分、凹性与强稳定界,且对“位层扰动“呈指数级可积;其四,与 WSIG 三位一体测度坐标一致的换元不变性与非渐近误差闭合。全文为纯理论、公理化文本;有限阶 EM 与 Poisson 的计算模板作为正文内可直接调用的“卡片“给出。
Notation & Axioms / Conventions
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母尺与三位一体。 在绝对连续谱 a.e. 点上给定散射矩阵 、Wigner–Smith 延迟矩阵 、半行列式相位 、相对态密度 。统一刻度定为 。
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窗口—读数—算子。 任意读数记作对谱测度的线性泛函 。窗化压缩以 Toeplitz/Berezin 记号 或核 表示,其中 为符号、 为窗、 为截断/尺度参数;默认 属于带限类或指数衰减类,使得 至少为 Hilbert–Schmidt,且在适当条件下为迹类。
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有限阶误差学。 全文只使用有限阶 EM 与 Poisson:任何由位层或准格点诱导的和/迹均分解为“Nyquist 主项 + 有限阶 Bernoulli 边界层 + 带外尾项“,并满足“奇性不增/极点=主尺度“的闭合纪律。
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观察者—状态离散流形。 将观察者状态空间 视为由有限步可逆变换生成的局部有限图 ,度量 取最短合法步数或带权步长。
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位层与 Zeckendorf 约束。 黄金比 、斐波那契 。位层二元串 受无相邻约束 。
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行内数学。 一切数学表达式均以 行内呈现。
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谱半径/尺度常数与 (统一约定)。 对每个图册 :若来自线性递推 (),令 为其特征多项式的主特征根;若来自 -展开,则取 。统一约定:在任一陈述中,记 ,其中 为该陈述实际涉及的图册集合;若仅涉及单一图册 ,则 ;在纯 Zeckendorf 图册语境下取 。此约定用于文中一切尾界写作(例如 §1.4、§2.2、§4.3、§5.1 的 )。
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主尺度深度与 (统一约定)。 对任一图册 ,记其位层占位比特为 (见 §3.1 记号补充)。在给定窗 与测试/符号 的上下文中,定义 。若一条陈述仅涉及单一图册 ,则令 ;若涉及多图册(如过渡 ),则统一取 ,即在该陈述实际涉及的图册集合上取最坏(最小)主尺度深度。所有出现的尾界均写作 ,其中 依第 7 条统一约定。此约定确保 §2.2、§3.3、§5.1 等处的误差界在单/多图册语境下语义一致且可直接检核。
1. 离散流形与 Zeckendorf 坐标
1.1 定义(离散流形)
令 为可数集,记 为由有限步可逆生成元构成的邻接图, 为最短合法步数度量或其带权变体。对任意 ,允许定义局域“位层视图“以捕获其在多尺度上的可达性。
1.2 定义(Zeckendorf 坐标图)
称映射 为 Zeckendorf 坐标,若在某种与 的保结构识别下有 且 。 可理解为对数尺度上的稀疏“位层能级“。
1.3 定理(唯一性与最简形)
对任意 ,存在唯一二元串 使 且 。因此在相应识别下 为规范坐标图。
证明。 由贪婪算法与无相邻约束给出存在性与唯一性;最简无进位形由斐波那契相邻关系排除冗余表示。■
1.4 引理(对数—稀疏雅可比与读数一致化)
设 。假设:
(H1) 窗 属带限或指数衰减类,且 于工作域外;测试函数 ()并支撑于工作域;
(H2) 关于位层切换满足两侧 Lipschitz 递减律:存在常数 使对任意层 与合法切换 有 ,并且另作假设:层间相互作用具有有限半径(该性质不由无相邻约束推出,而作为模型假定引入);
(H3) Nyquist 条件:按最深主尺度 取样时,Poisson 带外能量落入窗的衰减区间。
则取 使 后,成立 ,其中常数 仅依赖于 、窗参数与 (H2) 的常数。证明基于有限阶 Euler–Maclaurin 与 Poisson 三分解,并由 (H2) 把层切换的增量等价到对数尺度。■
2. 有限阶 EM–Poisson 三分解(位层型)
2.1 设定
令 为位层可分函数 ,窗 属带限或指数类,使 绝对可和。记最深主尺度为 。
(D) 离散正则性(至阶 ):对每个 与 ,记前向差分算子 、( 次)。要求 。若 显式依赖位层,则同样要求 ;若 不显式依赖位层(即 与 无关),则省略对 的差分正则性约束,并在涉及差分算子的公式中仅对 约定 ( 为恒等,不作 0 约定)。记 。当 与位层无关时约定 (不参与常数估计)。
2.2 定理(三分解与指数尾界)
在 2.1 的设定并满足 (D) 下,对任意有限阶 有 且存在常数 使误差项满足 ,其中 按“Notation 8“定义(单图册情形下 )。此处 ,与图规模无关。
证明要点。 以位层 为准连续变量对层内平滑项施行 EM 展开;无相邻约束将耦合限制为局域二体项;Poisson 校正抑制 alias;窗带限/指数衰减给出尾项指数界,获得 。证明同前,但 EM 余项与边界层常数由 (D) 的差分范数控制。■
2.3 术语(极点=主尺度;奇性不增)
称由主尺度 诱导的非可去奇性为“极点“,其阶由 Nyquist 主项的不可消除项确定。在坐标过渡或局域变形下,极点阶不增加,记为“奇性不增“。
3. 多图册与坐标过渡
3.1 定义(递推族与 -展开图)
取线性递推 ()或 的贪婪展开,定义图册映射 ,其中数字集 为有限集合:对 的贪婪展开,取数字集 ,当 时等于 (且当 时退化为 ),当 时为 ;对递推族可取与其规范展开相容的有限数字集。约束可为无相邻或有限相邻型,并随图册给定。记图册 。
记号补充。 记 为第 层数字,定义占位比特 。除非另述,所有与雅可比/位层权重相关的公式均以 表示。
3.2 定义(过渡映射)
若 、 在子域 同时有效,定义 。
3.3 定理(在有限半径过渡下的 EM 控制与奇性不增)
(H):存在 使过渡 可由记忆长度 的有限状态进/借位换元器实现(等价地,借/进位传播半径有全局上界)。
在带限/指数窗及有限阶 EM+Poisson 纪律与 (H) 下,记 (,定义与 §5.1 一致)。则过渡 对计数/迹泛函的影响满足 ,且若源图主尺度仅出现有限极点,则过渡后不新增主极点,极点阶保持不增。
证明要点。 由 (H) 将过渡等价为半径 的进/借位卷积;EM 吸收局域扭曲为有限个边界层修正;Poisson 抑制别名;主尺度不可去奇性在有限耦合下保持,且常数对 与图册谱半径仅呈多项式依赖。■
4. 窗化 Toeplitz/Berezin 压缩与对数行列式泛函
4.1 定义(算子与泛函)
给定符号 、窗 与截断 ,压缩 定义为对 的窗—局域化 Toeplitz/Berezin 算子。设 为迹类算子,并取参数 使 可逆(若 ,等价于 )。定义 (Fredholm 行列式),并规定以 为基点的主支解析延拓:若对所有 有 ,则定义 。此外,。
4.2 定理(Gateaux/Fréchet 变分与凹性;强凹的充分条件与 Lipschitz 上界)
设 为迹类且自伴,取变分方向 (故亦属 ), 且 。则对任意自伴 ,,,因此 在自伴迹类方向上为凹且二阶负半定。若满足 (i) 的谱夹条件,则 ;在 时可得显式强凹模量。进一步:
(i) 谱夹 + 强凹。 若存在 且 ,则对 Hilbert–Schmidt 范数 ,即在该局部区域以模量 强凹。(注:当 时,,仅为凹而非强凹。)
(ii) Neumann 区间 局部梯度 Lipschitz(对称半径),对任意 。 若 ,则有 。(此处 ,差分项属于 ,可用 HS 范数度量。)证明用两侧 Resolvent 恒等式与 Neumann 级数,常数对称依赖 与 ,从而刻画真实的“局部“适用域。
证明。 由 与 Fréchet 微分规则;(i) 以 得 ;(ii) 以 Neumann 展开与 Schatten 范数收敛判据得梯度 Lipschitz 常数。■
4.3 定理(位层扰动的 Lipschitz—强稳定界)
设 、 为位层分块,且对某 有 、,并取参数 ,使对所有 有 且 ,从而二者的 可在同一主支上解析定义。(注:端点 、 的可逆性本身不足以保证上述沿径条件,故在本定理中将其作为独立假设列出。)则存在 与窗带限相容的 Banach 范数 使 其中 按“Notation 8“定义(本定理为单图册情形,故 ),且 至多多项式依赖 。
证明要点。 以位层分块写出 。令 。用迹范数次可加性与 的有界性得到 Lipschitz 界;有限阶 EM 吸收层差,Poisson 抑制带外 alias,给出 的指数衰减。常数 可取与 多项式相关的量,使 resolvent 有界性进入估计。■
5. 与 WSIG 三位一体刻度的一致性
5.1 定理(换元一致性)
在 §3.3 的 (H)(有限半径进/借位过渡)与 §1.4 的 (H1)–(H3) 的相应假设下(对任一图册以其 取代 ),记 ,,其中 , 由归一化 确定。则任意过渡 下有 ,其中误差由过渡雅可比 与有限阶 EM 边界层给出,其常数 仅依赖于窗的带限/指数参数、正则性阶 、过渡的有限半径常数 及图册对 的谱半径数据(如 ),与图规模无关。
记号补充(坐标串)。 对 ,写 ()。过渡 作用于 -坐标串,满足 。
定义(过渡雅可比)。 ,其中 (见本节开头),且 仅用于指明两图册坐标的一致对应关系。
证明要点。 将读数重写为对 的线性泛函后,坐标变化仅改变计数密度;雅可比修正配合有限阶 EM 校正使差异降为指数小量。■
5.2 推论(窗—群延迟比的坐标独立性)
对任意观测三元 ,其窗—群延迟读数与相位—密度—延迟三位一体的比值类在图册选择下保持不变,误差仅为 的指数级小量。
6. 复杂度几何与测地
6.1 定义(操作复杂度与测地)
在 上,以最小合法步数定义从基准态到目标态的操作复杂度 ,或采用位层带权 /Bregman 代价;相应最小代价路径称为测地。
6.2 命题(曲率直觉与坐标弯曲)
若坐标过渡 系统性引入长程进/借位并导致描述长度放大,可解释为正曲率效应;有限阶 EM 与 Poisson 给出该弯曲对窗化读数的可积上界,从而复杂度度量在图册间保持准等距。
7. EBOC 与 RCA 的语义对位
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EBOC(永恒静态块·观察—计算)。 位层坐标是“叶层日志“的规范账本;读数作为对 的泛函只依赖母尺,坐标仅改变计数权,不改变刻度同一式。
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RCA(可逆元胞自动机)。 将“激活 层“解释为打开第 层可逆门;合法加法—进位—回滚构成可逆滑动块,测地对应最小门列;位层受限扰动等价于高层稀疏门的微扰,其对 的影响由 统御。
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WSIG(窗化散射与信息几何)。 窗—群延迟读数以位层计数实现后与三位一体母尺严格对齐,框架提供非渐近误差预算与坐标独立的稳定性陈述。
8. 标准化“卡片“(正文内可即取即用)
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刻度卡。 ;任何坐标/图册变换只经由雅可比修正作用于计数密度,不触动母尺。
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误差卡。 位层型和/迹遵循“Nyquist 主项 + 有限阶 Bernoulli 边界层 + 带外尾项“,并满足“奇性不增/极点=主尺度“;对最深主尺度 给出 尾界。
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稳定卡。 , 至多多项式依赖 与窗带限参数。
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过渡卡。 在 (H) 下,任意图册过渡 等价于半径 的卷积型进/借位,从而“奇性不增“,主尺度极点阶保持;若 (H) 不满足,则不主张上述性质与界。
9. 主要定理的证明纲要(可扩展为长证)
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Zeckendorf 唯一性。 贪婪选择最大 并以无相邻约束阻止进位回流,给出唯一最简形;该过程在 的局域生成元语义下可视作可逆规范化。
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有限阶 EM–Poisson。 将位层 看作准连续变量,对层内平滑项施 EM 至阶 ,边界层系数由 Bernoulli 数决定;别名项由 Poisson 求和以窗带限衰减抑制,获得 。
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凹性与强凹。 由 的算子凸性—凹性理论及 Fréchet 微分,二阶式为负半定;当 时 Neumann 收敛给出显式模量。
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奇性不增。 以 Mellin/拉普拉斯符号化描述主尺度极点来源,过渡仅改变有限层耦合,不产生新的主极点;极点阶由主项的不可去分量决定并在过渡下保持不增。
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换元一致性。 读数重写为对 的线性泛函;图册过渡的雅可比修正与有限阶 EM 校正相抵至指数小量,留存母尺不动点。
10. 结论要点(形式化摘述)
本文以 Zeckendorf 及其递推/-扩展图册为观察者—状态离散流形之对数—稀疏坐标,并在 WSIG–EBOC–RCA 框架与母尺 下,给出: 坐标唯一与对数尺度雅可比; 坐标过渡的有限阶 EM 控制与“奇性不增/极点=主尺度“; 窗化对数行列式泛函的凹性与位层扰动的指数稳定; 与三位一体母尺一致的换元不变性与非渐近误差闭合。上述结果为将“坐标选择—窗化读数—散射刻度“粘合为一体的几何—算子—测度三重一致性提供了公理化与可检核的误差预算。