遍歷理論

混合性質的層級(hierarchy of mixing properties)

保測系統並非乾淨地分為「有序」與「隨機」;它們形成一道愈來愈強之遺忘性質的分級階梯。混合層級把這些等級組織起來,使人能精確地說一個系統有多混沌,且每一階都嚴格強於其下者——存在區分每一對的例子。

由弱到強,核心階梯為:遍歷(時間平均等於空間平均;不變集平凡)—弱混合(連續譜;相關性沿密度為一的時刻衰減;T x T 遍歷)—混合(亦寫作強混合或 2-混合:對所有對 P(T^(-n) A intersect B) -> P(A) P(B))—各階混合(k-混合:任意 k 個集的聯合相關隨時間間隔增大而分解)—柯爾莫哥洛夫(K-)系統(平凡的平斯克 / 尾 sigma-代數;每個非平凡因子上皆有正熵)—伯努利(同構於獨立同分布位移——隨機性的黃金標準,由奧恩斯坦定理透過熵分類的最高階)。所有逆向蘊涵皆不成立。

此階梯之所以有用:它把含糊的「混沌」一詞轉為一張可檢驗、逐漸增強之陳述的清單,並告訴你哪些極限定理可用。遍歷性買到大數法則;配速率的混合買到中央極限定理;身為伯努利則說系統在重新標號下就是字面上的擲幣。攀登途中幾個誠實路標:無理旋轉位於最底(遍歷而非弱混合——具離散譜與零熵);極限環流以各階混合著稱卻不易看出非伯努利;而奧恩斯坦的深刻定理(熵是伯努利位移的完全同構不變量)使階梯頂端可分類。正熵僅在 K-系統階出現;其下一切皆可為零熵。

把四個系統放上階梯:無理旋轉(僅遍歷);適當的 [T, T^(-1)] 或查空映射(弱混合而不混合);倍乘映射 / 伯努利位移(伯努利,故居頂端——同時是 K、各階混合、混合、弱混合、遍歷)。每一嚴格更高的階都增添真正的隨機性。

遍歷 < 弱混合 < 混合 < K < 伯努利——一座嚴格的塔,每一步皆有區分例子。

每個蘊涵皆單向且嚴格。當心把遍歷、混合與伯努利當成「隨機」同義詞的常見錯誤:它們確實不同,熵區分頂端各階,譜區分底端各階。

又称
ergodic hierarchythe mixing ladderspectrum of randomness混合層級遍歷層級