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2019-05-09Dissertation DOI: 10.18452/19949
Fluctuations, irreversibility and causal influence in time series.
dc.contributor.authorAuconi, Andrea
dc.date.accessioned2019-05-09T09:09:26Z
dc.date.available2019-05-09T09:09:26Z
dc.date.issued2019-05-09none
dc.identifier.urihttp://edoc.hu-berlin.de/18452/20741
dc.description.abstractInformationsthermodynamik ist der aktuelle Trend in der statistischen Physik. Es ist die theoretische Konstruktion eines einheitlichen Rahmens für die Beschreibung der Nichtgleichgewichtsmerkmale stochastischer dynamischer Systeme, wie die Dissipation der Arbeit und die Irreversibilität von Trajektorien, unter Verwendung der Sprache der Fluktuationstheoreme und der Informationstheorie. Die modellunabhängige Natur von Information und Irreversibilität ermöglicht eine breite Anwendbarkeit der Theorie auf allgemeinere (nichtphysikalische) Modelle aus der Systembiologie und der quantitativen Finanzmathematik, in denen asymmetrische Wechselwirkungen und Nichtlinearitäten allgegenwärtig sind. Insbesondere interessieren wir uns für Zeitreihe, die aus Messungen gewonnen werden oder aus einer Zeitdiskretisierung kontinuierlicher Modelle resultieren. In dieser Arbeit untersuchen wir die Irreversibilität von Zeitreihen unter Berücksichtigung der statistischen Eigenschaften ihrer Zeitumkehrung, und leiten daraus ein Fluktuationstheorem ab, das für Signal-Antwort-Modelle gilt, und das Irreversibilität sowie bedingte Informationen mit der Vergangenheit verknüpft. Interagierende Systeme tauschen kontinuierlich Informationen aus und beeinflussen sich gegenseitig. Intuitiv ist der kausale Einfluss der Effekt dieser Wechselwirkungen, der im Hinblick auf den Informationsfluss über die Zeit beobachtet werden kann, aber seine quantitative Definition wird in der Fachgemeinschaft immer noch diskutiert. Wir wenden insbesondere das Schema der partiellen Informationszerlegung (PID) an, das kürzlich definiert wurde, um synergistische und redundante Effekte aus informationstheoretischen Maßen zu entfernen. Hier schlagen wir unsere PID vor und diskutieren die resultierende Definition des kausalen Einflusses für den Sonderfall linearer Signal-Antwort-Modelle.ger
dc.description.abstractInformation thermodynamics is the current trend in statistical physics. It is the theoretical research of a unified framework for the description of nonequilibrium features of stochastic dynamical systems like work dissipation and the irreversibility of trajectories, using the language of fluctuation theorems and information theory. The model-independent nature of information and irreversibility allows a wide applicability of the theory to more general (nonphysical) models from systems biology and quantitative finance, where asymmetric interactions and nonlinearities are ubiquitous. In particular, we are interested in time series obtained from measurements or resulting from a time discretization of continuous models. In this thesis we study the irreversibility of time series considering the statistical properties of their time-reversal, and we derive a fluctuation theorem that holds for time series of signal-response models, and that links irreversibility and conditional information towards past. Interacting systems continuously share information while influencing each other dynamics. Intuitively, the causal influence is the effect of those interactions observed in terms of information flow over time, but its quantitative definition is still under debate in the community. In particular, we adopt the scheme of partial information decomposition (PID), that was recently defined in the attempt to remove synergistic and redundant effects from information-theoretic measures. Here we propose our PID, and motivate the resulting definition of causal influence for the special case of linear signal-response models. The thermodynamic role of causal influences can only be discussed for time series of linear signal-response models in the continuous limit, and its generalization to general time series remains in our opinion the open problem in information thermodynamics.eng
dc.language.isoengnone
dc.publisherHumboldt-Universität zu Berlin
dc.rights(CC BY-NC 3.0 DE) Namensnennung - Nicht kommerziell 3.0 Deutschlandger
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/de/
dc.subjectInformationsthermodynamikger
dc.subjectIrreversibilitätger
dc.subjectFluktuationstheoremeger
dc.subjectZeitreiheger
dc.subjectkausale Einflussger
dc.subjectFluctuationseng
dc.subjectCausal influenceeng
dc.subjectInformation Thermodynamicseng
dc.subjectIrreversibilityeng
dc.subjectCircadian rhythmseng
dc.subjectTime serieseng
dc.subject.ddc530 Physiknone
dc.subject.ddc539 Moderne Physiknone
dc.subject.ddc621 Angewandte Physiknone
dc.titleFluctuations, irreversibility and causal influence in time series.none
dc.typedoctoralThesis
dc.identifier.urnurn:nbn:de:kobv:11-110-18452/20741-8
dc.identifier.doihttp://dx.doi.org/10.18452/19949
dc.date.accepted2019-04-02
dc.contributor.refereeKlipp, Edda
dc.contributor.refereeSokolov, Igor
dc.contributor.refereeLindner, Benjamin
dc.subject.rvkWD 9200
dc.subject.rvkUG 2000
dc.subject.rvkUG 3700
dc.subject.rvkSK 845
local.edoc.pages168none
local.edoc.type-nameDissertation
local.edoc.institutionLebenswissenschaftliche Fakultätnone
dc.relation.referenceshttps://doi.org/10.1103/PhysRevE.95.042315
dc.relation.referenceshttps://doi.org/10.3390/e21020177

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