導語

為了系統(tǒng)梳理因果涌現最新進展，北京師范大學系統(tǒng)科學學院教授、集智俱樂部創(chuàng)始人張江老師領銜發(fā)起，邀請對復雜系統(tǒng)與涌現問題感興趣的研究者與同好共同研讀前沿文獻、碰撞科研靈感。

本周開啟第七季第二期，主題“基于動力學可逆性的因果涌現”。鄭鴻盛學者主要為大家講解基于動力學的因果涌現理論已有工作，以及經典因果涌現實例的相關簡介,帶大家初窺基于動力學可逆性的因果涌現理論；劉凱威學者則將聚焦于連續(xù)系統(tǒng)的因果涌現擴展，詳細講解線性GIS模型與連續(xù)版有效信息、連續(xù)版“近似可逆信息”，以及數據驅動的實際應用落地，全方位講透連續(xù)系統(tǒng)中因果涌現的量化框架與實操方法。

歡迎感興趣的朋友加入讀書會，一起在這片快速生長、思想頻出的研究領域中把握脈絡、發(fā)現問題、尋找未來的科研方向。

報告簡介

涌現是指整體展現出其部分所不具有的新特性。因果涌現理論則對其給出了定量刻畫：當系統(tǒng)可被粗?；癁橐粋€狀態(tài)數更少的簡化的宏觀動力學，且其因果效應強度（以有效信息衡量）顯著提升時，即認為系統(tǒng)中存在涌現現象。

盡管該定義清晰，但在量化不同動力學類型時需采用不同方法：對于離散狀態(tài)系統(tǒng)，傳統(tǒng)因果涌現理論可通過分析概率轉移矩陣的奇異值譜，或通過削減、合并狀態(tài)空間來檢測因果涌現；對于連續(xù)變量的馬爾可夫動力學，因果涌現則體現為對系統(tǒng)的降維能顯著增強其動力學的因果效應，為此只需對系統(tǒng)的動力學及其協方差矩陣同時進行奇異值分解。

相關分析進一步揭示，時間倒流與因果涌現之間存在著深刻聯系。智能體構建世界模型，本質上是在追尋“時間倒流”的可能性。根據新提出的因果涌現理論框架，智能體的內部世界模型可視為一個從當前狀態(tài)到未來狀態(tài)的通信信道。當該信道存在冗余通路時，系統(tǒng)便會產生因果涌現，其強度表現為信息傳輸效率——即系統(tǒng)的可逆性——的提升。在實際應用中，該理論不依賴于具體的粗?；呗?，僅需通過奇異值分解即可揭示系統(tǒng)內在的因果涌現特性。

分享大綱

• 基于動力學的因果涌現理論簡介

• • 因果涌現（CE）的經典命題

  • 因果性與可逆性近似等價

• 三個因果涌現實例

• • 帶噪聲的三維螺旋曲線

  • 帶噪聲的人口增長模型

  • 布朗運動

• 基于奇異值分解的動力學可逆性

• • 可逆的含義

  • 近似動力學可逆性

  • 可逆性與因果性的關系

• 連續(xù)系統(tǒng)擴展

• • 向量與函數

  • 矩陣與算子

  • 線性 GIS 模型與連續(xù)版 EI

  • 連續(xù)版“近似可逆信息”

  • GIS 上的因果涌現

• 數據驅動：SIR + 神經網絡學到局部雅可比與協方差

核心概念

因果涌現，因果性，可逆性，轉移概率矩陣，線性高斯迭代系統(tǒng)，奇異值分解，算子，傅里葉變換，逆協方差

主講人介紹

主講人：劉凱威，北京師范大學系統(tǒng)科學學院博士研究生。研究領域，涉及統(tǒng)計學方向的生存分析、貝葉斯統(tǒng)計，以及復雜系統(tǒng)方向的復雜網絡重構、規(guī)模法則、因果涌現等問題。目前已在National Science Review、Physica D、Physical Review E等學術期刊發(fā)表多篇論文。

主講人：鄭鴻盛，北京師范大學系統(tǒng)科學學院碩士在讀，師從張江教授，研究興趣包括機器學習、因果涌現等。

參考文獻

• Zhang, Jiang, et al.“Dynamical reversibility and a new theory of causal emergence based on SVD.”npj Complexity 2.1 (2025): 3.https://arxiv.org/pdf/2402.15054

• Liu, Kaiwei, et al.“SVD-based Causal Emergence for Gaussian Iterative Systems.”arXiv preprint arXiv:2502.08261 (2025).https://arxiv.org/abs/2502.08261

• Klein, Brennan, and Erik Hoel. "The Emergence of Informative Higher Scales in Complex Networks." Complexity, vol. 2020, 2020, p. 8932526. https://doi.org/10.1155/2020/8932526

時間信息

2026年3月1日（周日）上午10:00-12:00，騰訊會議線上進行，微信視頻號+集智俱樂部B站號同步直播，感興趣的朋友掃碼報名加入因果涌現讀書會后，可進入學員群進行交流。

預約直播

報名讀書會：「因果涌現第七季」

為系統(tǒng)梳理因果涌現領域的最新進展，北京師范大學系統(tǒng)科學學院教授、集智俱樂部創(chuàng)始人張江老師領銜發(fā)起，組織對該主題感興趣的研究者與探索者共同研讀前沿文獻、交流研究思路。讀書會將于2026年2月22日起每周日上午（創(chuàng)建讀書會暫定時間為10:00-12:00）線上開展，持續(xù)約10周，包含主講分享與討論交流，并提供會后視頻回放，誠邀相關領域研究者及跨學科興趣者參與。

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PS： 我們鼓勵圍繞因果涌現、復雜系統(tǒng)與人工智能及相關具體問題的深入探討。為保證討論質量，請避免發(fā)表脫離本期讀書會主題、缺乏實證基礎或過于空泛的哲學思辨類內容。

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