层级化“停机“—“视角相对完备性“统一理论
(EBOC–WSIG–RBIT 框架下的形式化构建) Version: 1.29
摘要
在窗化散射—信息几何(WSIG/CCS)、永恒静态块计算(EBOC)与有限资源不完备理论(RBIT)框架下,建立与视角及资源相关的层级化“停机“判据,并给出与采样—帧门槛、Poisson–Euler–Maclaurin(EM)误差学及“三位一体“刻度(相位导数—相对态密度—群延迟)一致的等价定理。统一三位一体等式链的号志与分支规范,明确 的绝对连续分支与 Birman–Kreĭn(BK)规范的互换使用;在算子层刻画“读数/指针“与 Ky–Fan 极小;在严格带限与紧帧的正则前提下收紧“采样-周期闭环“与“读数停机“的等价条件;并以哥德尔–柴廷型与扩展链不完备重述 RBIT 断言。
0. 记号、规范与正则纪律
0.1 视角四元与窗化读数
设视角四元为
并引入窗口中心参数 。定义位移—尺度化窗
其中 为参照端(散射对 的自由端), 为能量窗(尺度 ), 为带限前端核, 为采样/帧方案(步长 、点集 等)。窗化读数取
其中 可取相对态密度 或 Herglotz 密度 。全篇统一采用标准卷积
必要时以 作加权测度,不影响正则与误差学结论。
窗口归一化与基线(零和条件):采用二选一规范:
(A) 零均值窗:。
(B’) 外定基线(非平凡零和):取与 无关的 (可由参照端 的密度 或独立低通校准得到),定义 。此时
等价性适用:§2 的定理 A.1 一律在规范 (A) 或 (B’) 下陈述,以避免内生基线造成的同义反复。
平移不变性:对任意 ,有
因而规范 (A)/(B’) 下的零和/基线关系与后续以 表述的条件严格一致。
(统一记号) 为同时覆盖规范 (A)/(B’),记
后文凡述及“零和/平衡通量“,一律以 表达;若采用平滑,则统一以 计。
正则性与带限纪律(Poisson–EM 的非新增奇点):固定一个 EM 截断阶 。为保证 Poisson–EM 误差闭合且不引入新奇点,要求 、 或严格带限,且 的至多 阶导数在窗端点可积;则 EM 截断余项仅由端点导数与伯努利多项式构成,Poisson 项在带限或足够衰减下可审计或为零。
上述正则与 Poisson–EM 闭合限定于 内;对 的 -质量,采用 支撑规避或以 的平滑卷积抑制其贡献,从而保持“非新增奇点“。
0.2 窗化散射“三位一体“刻度(规范化、分支与 BK 号志)
在绝对连续谱上几乎处处,取散射矩阵 ,Wigner–Smith 矩阵
全局相位
定义相对态密度(Krein–Friedel 意义)
在 上固定 的绝对连续分支,故 在几乎处处意义下唯一;等价地,采用 BK 规范 时有 。
一行推导:
据此在 上几乎处处成立严格等式链
0.3 采样—帧门槛与不可能性
以相位密度 为几何刻度:Landau 给出采样/插值的必要密度下限;Wexler–Raz 对偶刻画 Gabor/多窗帧一致性;Balian–Low 定理在临界格处给出全局定位障碍。这些共同限定稳定读数与固定点判据的适用域。
Nyquist 门槛的严格定义:记窗化-平滑密度 ,其傅里叶支撑半宽
定义别名门槛
别名为零当且仅当 ;充分条件为 (平移不改频域支撑)。
0.4 “读数/指针“的算子级定义与 Ky–Fan 极小;Born = I-投影
由 与 诱导正算子 (Toeplitz/Gram 形式)。一种可检构造(正定、迹类、稳健):令
取可测矩阵核 ,定义
则 且 ;并加入非平凡性约束 ,从而
定义良好。此构造仅作用于“指针/Ky–Fan“判据((iii)),不改变 (i)(ii)(iv) 的窗权与零和判据(仍以 计)。
作用空间与维度:以下约定 作用于通道空间 (由窗/核对各通道的能量加权诱导),故其谱分解记为 ,并以此 为后续 等秩条件的维度基准。相应地, 的索引 取 。
设 为谱分解。本征规范:取 为正交归一本征系,令 ,则 、。据此定义
取允许族为与谱同轴的混合族
将允许族收紧为同轴分块粗化族:取指数集的一分割 ,及块权 ,定义
相应的分块粗化通道 在 基上为类内均匀化:
(记号澄清) 为通道(Markov 线性算子), 为混合态;二者为不同对象。本文不使用记号 。
非退化粗化假设:除非另有说明,分块 不是单点细分,即存在 使 。该约束排除 的平凡情形,使“Born=I-投影固定点仅在块内谱退化时成立“的结论与可行集一致。
给定秩 ,定义“指针投影“
其最优值等于 的最小 个特征值之和(Ky–Fan 主谱和极小化)。对偶说明:令补投影 (同为正交投影),则
等价于对 的极大化,选择最大 个特征值;本文规范固定采用“Pointer=Ky–Fan 极小“。概率侧以通道族做 Csiszár I-投影(两块阈值可行集):
在同轴分块与帧正则下,指针 Ky–Fan 极小与该两块阈值的 I-投影最优通道 相容但一般不等价。
仅当同时满足(a)分块内谱退化 且(b)严格带限+完全重构时,成立
若仅满足(a)而不具备(b),则仅有
而 (iv) 仅为误差预算内近闭环(不纳入等价)。详见 §2 的 (iii′) 及其“此外“两条款。因此本文固定采用“Pointer=Ky–Fan 极小“作为稳定性的必要判据;若存在块内退化,则“Born=I-投影固定点“同步成立。
1. 层级化“停机“谓词
令系统 、资源 、视角 。定义
逆向一般不成立:
- :语法停机(无后继态)。
- :动力停机(函数图入环);环长 为自环不动点,与“无后继“的 非等价; 为振荡停机。
- :读数停机。固定 ,记窗化-平滑密度 。若其傅里叶支撑满足
则 。一组充分条件为
且 。同时要求
且平衡通量满足
其中 均指在 下、固定 的对数尺度导数。
- :三位一体停机。满足 且“Pointer=Ky–Fan 极小稳定“(若 在分块内退化,则 Born=I-投影固定点亦成立)。
- :多视角停机(在视角族 上均达 )。
- :理论停机/资源完备(RBIT 层面全域不可达)。
2. 主定理 A(固定视角下“相对停机 采样-周期闭环“)
定理 A.1(收紧等价性) 设 满足: 的有效带宽 有限且 (因而 ),所用窗/基构成紧帧(Parseval;或帧界一致并经正规化),并且满足 §0.4 的结构性同轴假设与同轴分块粗化通道()成立。
(测度统一约定) 统一记
若 (i) 的观测主项采用平滑 ,则在 (ii) 中同步以 表述零和,以保证 (i) 的观测主项与 (ii) 的零和判据处于同一测度。
(相位单调性) 在窗支撑上要求 单调非减,以保证 (iv) 中广义逆 定义良好;若不满足,则 (iv) 不参与等价串。
在 §0.1 规范 (A) 或 (B’) 与门槛/帧正则前提下:
(严格带限) 若 严格带限且 (无别名),并此外采用 Parseval 紧帧的 Poisson–Shannon 完全重构(或等价精确求和)计算读数,使 ,则 (i) (ii) (iv);
(一般正则) 在仅满足 Poisson–EM 正则与尾项有界时,(i) (ii);(iv) 仅为误差预算内近闭环(给出 ;而 (iv) 仅推出近似零和,即 (ii) 在 的意义下近似成立,不推出 (ii) 的严格等式)。
此外:
(严格带限+完全重构) 在严格带限且完全重构前提下,若且仅若 在分块内退化,存在通道 使 (iii′) (i) (ii) (iv);
(一般正则) 若且仅若 在分块内退化,则 (iii′) (i) (ii),而 (iv) 仅为误差预算内近闭环并不与之等价。一般情形下,“Pointer=Ky–Fan 极小”(记 (iii))与上述判据相容但不必等价。
(i) 读数停机(;定义见 §1,包含 Nyquist 无别名、Poisson–EM 误差受控与平衡通量零和);
(ii) ;
(iii) 指针基为 Ky–Fan 极小;
(iii′) 两块阈值 Born = I-投影固定点(同轴分块):存在由 的谱阈值诱导的两块通道 ,使得
该固定点非平凡成立当且仅当 在每个非平凡块 内发生谱退化(即 在 上为常数);此时 (iii′) 与 (i)(ii)(并在“严格带限+完全重构“下与 (iv))的等价性结论与上文“此外“两段保持一致。
(iv) 相位坐标均匀采样的一步闭环(广义逆版):取右连续广义逆
给定窗口中心 ,置
当 且紧帧正则(可由 Wexler–Raz 对偶核验)时:
(严格带限) 若 严格带限 且 ,则 ;若此外采用 Parseval 紧帧并以 Poisson–Shannon 完全重构(或等价的精确求和公式)计算窗化读数,则可令 ;在此前提下
否则,仅得到误差预算内的近闭环(与下一条“一般正则“一致)。
(一般正则) 在仅满足 §0.1 的 Poisson–EM 正则与尾项有界时,闭环为误差预算内近闭环:
其中偏差由 控制。
证明要点:
- :主项为零且 Poisson–EM 受控;
- (严格带限+完全重构) :在严格带限且采用 Poisson–Shannon 完全重构时,由 Parseval 与核对角恒等式将一步闭环化为密度零和;(一般正则) 仅推出近似零和,其偏差由 控制;
- :在 Nyquist 与紧帧前提下,严格带限+完全重构时给出等式闭环;否则为误差预算内近闭环(偏差由 控制)。
- 旁注:由 可构造不增的 Ky–Fan 目标,但不保证达到极小,故 (iii) 与 (i)(ii)(iv) 相容而非等价;(iii′) 的等价范围见上述总述中的分情形陈述。
门槛与障碍由 Landau 必要密度、Wexler–Raz 对偶与 Balian–Low 定理共同保证。
3. 主定理 B(换视角 添加理论/扩展字典)
定义(视角扩展): 包括 (重标定 )、 与尺度(Mellin/对数)切换。
定理 B.1(不变式与再点亮):在 Poisson–EM 正则与紧帧前提下,视角扩展不生新奇点,但可改变窗化相位密度的可见性:一视角下的 可被另一视角打破,从而显现新的振荡—周期。
4. RBIT 接口:完备性增长 = 停机边界外推
定理 C.1’(柴廷型不完备):对任一一致且可计算枚举、可解释 PA 的理论 ,存在常数 ,使当 时,具体命题““虽为真但在 中不可证。
定理 C.2’(扩展链不终结):对任意一致且可计算扩展链 ,每个阶段 存在 在 中不可判定。
推论 C.3:在资源—统计统一坐标 与视角族 上,“追求完备性“即持续扩张资源并扩展视角,结构上等价于“追求不停机”。
5. EBOC–共识链的离散镜像与可计算性
在因果网—窗口约束—统一选择子下,得到唯一后继函数图 。其连通分量分解为有向环与附着入树(直线/半直线为极限情形);“停机“即自环(长度 的环),一般 为振荡不停机。环检测可线性时间、常量空间完成。
6. “热寂“的操作化刻画与可检方案
定义(视角相对热寂):给定 ,若
并且 Poisson–EM 三分解误差在预算内闭合,则达视角相对热寂。
协议(可检闭环):参照校准(反演 的 );窗/核 KKT 最优;记录 与 Landau 门槛,多窗帧以 Wexler–Raz 对偶核验;联立 Ky–Fan 极小与最小-KL 判据;在 、窗/核/尺度上扫描视角以检测“再点亮“。
7. 工程化门槛与跨域一致性
- Nyquist 消别名:严格带限与 使 ,Poisson 用于别名审计。
- 帧稳定与障碍:以 计数,Landau 下限、Wexler–Raz 对偶与 Balian–Low 障碍共同控制稳定域与临界退化。
- EM 截断:有限阶 EM 仅引入端点伯努利改正,不产生新奇点。
- 群延迟跨域统一: 在量子、声学与电磁散射中具有统一表达与统计结构。
8. 结论
在三位一体刻度 与 Poisson–EM 正则纪律之下,固定视角时:
(严格带限+完全重构) 若严格带限且采用 Parseval 紧帧的 Poisson–Shannon 完全重构(或等价精确求和),使 ,则(当 在窗支撑上单调非减时)
(一般正则) 仅有 (i) (ii);(iv) 给出误差预算内近闭环,与 (i)(ii) 相容但不作为等价项。
“Pointer=Ky–Fan 极小”(记为 (iii))与上述判据相容,但一般不等价(可作为稳定性的必要判据,不宣称与 (i)(ii) 或 (iv) 等价)。关于 (iii′):
(严格带限+完全重构) 在严格带限且完全重构前提下,若且仅若 在分块内发生谱退化,存在通道 使 (iii′) (i) (ii) (iv);
(一般正则) 若且仅若 在分块内谱退化,则 (iii′) (i) (ii),而 (iv) 仅为误差预算内近闭环,不纳入等价。
视角扩展等价于添加理论/扩展字典,可打破既有停机并再点亮新振荡;RBIT 层面保证该再点亮永不终结。
术语对齐
EBOC:永恒-静态块·观察—计算;WSIG/CCS:窗化散射—信息几何(相位导数—相对态密度—群延迟);RBIT:有限资源不完备理论。全篇统一采用
作为唯一能量刻度母尺,所有出现处保持该链式等式的一致写法与号志。