CircularUnitaryMatrixDistribution[n]
表示一个圆酉矩阵分布,矩阵的维度为 {n,n}.
CircularUnitaryMatrixDistribution
CircularUnitaryMatrixDistribution[n]
表示一个圆酉矩阵分布,矩阵的维度为 {n,n}.
更多信息
- CircularUnitaryMatrixDistribution 亦称为圆酉系综,或 CUE.
- CircularUnitaryMatrixDistribution 表示 n 阶称酉方阵上的均匀分布,亦称为酉群
上的哈尔测度. - 维度参数 n 可以是任意正整数.
- CircularUnitaryMatrixDistribution 可以与诸如 MatrixPropertyDistribution 和 RandomVariate 这样的函数一起使用.
背景
- CircularUnitaryMatrixDistribution[n],也被称作圆酉系综(CUE),表示在
酉复矩阵上的统计分布,即满足
的复方阵
,其中
表示
的共轭转置,
是
恒等矩阵. 参数 n 被称作分布的维度参数,可以是任意正整数. - 与圆辛和圆正交矩阵分布(分别为 CircularSymplecticMatrixDistribution 和CircularOrthogonalMatrixDistribution)一道,圆酉矩阵是由 Freeman Dyson 于 1962 年最初设计的三个圆矩阵系综之一,是研究量子力学的工具. 从概率学角度而言,圆酉矩阵分布表示在酉方阵上的均匀分布,而数学上,它也是酉群
上的所谓哈尔测度. 类如圆酉矩阵分布的矩阵系综,在随机矩阵理论以及在物理和数学的各个分支的研究中都具有相当的重要性. - RandomVariate 可用来给出一个或更多机器精度或任意精度(后者可通过 WorkingPrecision 选项获得)的圆酉矩阵分布中的伪随机变元,并且这类变元的均值、中位数、方差、原始矩和中心矩可以分别通过使用 Mean、Median、Variance、Moment 和 CentralMoment 计算得到. Distributed[A,CircularUnitaryMatrixDistribution[n]],更简洁的式子为 ACircularUnitaryMatrixDistribution[n],可用于断定随机矩阵 A 服从圆酉矩阵分布. 这类断言可用于诸如 MatrixPropertyDistribution 的函数中.
- 服从圆酉矩阵分布的变元的迹、特征值和范数可以分别使用 Tr、Eigenvalues 和 Norm 计算得到. 这类变元也可以通过 MatrixFunction、MatrixPower 及相关实量研究,例如实部(Re)、虚部(Im)和复参数(Arg),可以使用 MatrixPlot 绘图.
- CircularUnitaryMatrixDistribution 和许多其它分布有关. 如上所述,它在性质上与其它圆矩阵分布相似,如 CircularQuaternionMatrixDistribution、CircularRealMatrixDistribution、CircularSymplecticMatrixDistribution 和 CircularOrthogonalMatrixDistribution 等. 最初,圆矩阵系综是由所谓广义高斯系综推导而来,因此 CircularUnitaryMatrixDistribution 与GaussianOrthogonalMatrixDistribution、GaussianSymplecticMatrixDistribution 和 GaussianUnitaryMatrixDistribution 相关. CircularOrthogonalMatrixDistribution 也与 MatrixNormalDistribution、MatrixTDistribution、WishartMatrixDistribution、 InverseWishartMatrixDistribution、TracyWidomDistribution 和 WignerSemicircleDistribution 相关.
范例
打开所有单元 关闭所有单元基本范例 (2)
RandomVariate[CircularUnitaryMatrixDistribution[3]]UnitaryMatrixQ[%]用 MatrixPropertyDistribution 表示一个随机矩阵的特征值并从中抽样:
RandomVariate[MatrixPropertyDistribution[Eigenvalues[x], xCircularUnitaryMatrixDistribution[4]]]ComplexListPlot[RandomVariate[MatrixPropertyDistribution[Eigenvalues[x], xCircularUnitaryMatrixDistribution[10 ^ 2]]]]范围 (3)
RandomVariate[CircularUnitaryMatrixDistribution[2]]RandomVariate[CircularUnitaryMatrixDistribution[2], 2]gap𝒟 = MatrixPropertyDistribution[Max[Differences[Sort[Arg[Eigenvalues[𝓂]]]]], 𝓂CircularUnitaryMatrixDistribution[50]];NExpectation[Sinc[δ], δgap𝒟]Histogram[RandomVariate[gap𝒟, 10 ^ 3]]应用 (4)
evs𝒟 = MatrixPropertyDistribution[Arg[Eigenvalues[x]], xCircularUnitaryMatrixDistribution[2]];φs = RandomSample /@ RandomVariate[evs𝒟, 10 ^ 5];可视化联合相位分布和 PDF 解析式:
Show[
Histogram3D[φs, {-Pi, Pi, 0.25}, PDF],
Plot3D[(1/8Pi^2)Abs[Exp[I ϕ1] - Exp[I ϕ2]] ^ 2, {ϕ1, -Pi, Pi}, {ϕ2, -Pi, Pi}, PlotStyle -> None, MeshStyle -> Thick]]对于最长递增序列的最大长度为
、有
个元素的
,可以通过对
取平均来计算排列的数目,其中,
从 CircularUnitaryMatrixDistribution[n] 中得来:
{k, n} = {6, 2};NExpectation[ℐ, ℐMatrixPropertyDistribution[Abs[Tr[𝒰]]^2k, 𝒰CircularUnitaryMatrixDistribution[n]]]Count[Permutations[Range[k]], perm_ /; Length[LongestOrderedSequence[perm]] ≤ n]CircularUnitaryMatrixDistribution 的特征值的联合分布也是逆温度
时 Dyson 库仑气体在圆上的 Boltzmann 分布. 系统中每个粒子的平均哈密顿量为(不包含动能项):
hamiltonian[Z_] := Module[{n = Length[Z]},
Log[n] / 2 - Sum[Total[Log[Abs[Differences[Z, 1, k]]]], {k, n - 1}] / n
]h𝒟 = MatrixPropertyDistribution[hamiltonian[Eigenvalues[x]], xCircularUnitaryMatrixDistribution[n]];means = Table[{n, Mean[RandomVariate[h𝒟, 1000]]}, {n, 10, 60, 10}]Show[ListPlot[means, PlotStyle -> {Red, PointSize[Medium]}, Filling -> Axis, PlotRange -> {0, 0.22}, AxesLabel -> {"N", "〈H〉"}], Plot[(1 - EulerGamma/2), {x, 0, 60}]]利用 GaussianUnitaryMatrixDistribution 中的矩阵作为无穷小生成元,构建 CUE 上的布朗运动,
mats = RandomVariate[GaussianUnitaryMatrixDistribution[0.1, 2], 100000];
mats = MatrixExp[I #]& /@ mats;从 CircularUnitaryMatrixDistribution 中抽样取得初始矩阵,生成布朗路径:
initial = RandomVariate[CircularUnitaryMatrixDistribution[2]];
res = FoldList[#2.#1&, initial, mats];计算特征值的相位,将其与从 CircularUnitaryMatrixDistribution 中来的矩阵的特征值的 PDF 进行比较:
phases = RandomSample /@ Arg[Eigenvalues /@ res];Show[
Histogram3D[phases, {-Pi, Pi, 0.25}, PDF],
Plot3D[(1/8Pi^2)Abs[Exp[I ϕ1] - Exp[I ϕ2]] ^ 2, {ϕ1, -Pi, Pi}, {ϕ2, -Pi, Pi}, PlotStyle -> None, MeshStyle -> Thick]]属性和关系 (2)
dim = 300;
args = RandomVariate[MatrixPropertyDistribution[Arg[Eigenvalues[x]], xCircularUnitaryMatrixDistribution[dim]], 100];Histogram[Join@@args, {-Pi, Pi, 2Pi / 40}, PDF]diffs = Join@@Map[Composition[Differences, Sort], (args/2Pi)dim];比较样本水平间距的直方图与解析形式,解析形式亦称为 Dyson 指标为2的 Wigner 估测:
WignerSurmisePDF[x_, β : 2] := 2(4 x / Pi) ^ 2 Exp[(-4 / Pi) x ^ 2]Show[Histogram[diffs, {0.1}, PDF], Plot[WignerSurmisePDF[x, 2], {x, 0, 2.5}]]对于维度大小为
的 CircularUnitaryMatrixDistribution 的特征向量,其元素的缩放模数服从
分布:
𝒟 = MatrixPropertyDistribution[Flatten[Abs[Eigenvectors[𝓂]] ^ 2], 𝓂CircularUnitaryMatrixDistribution[50]];data = 2Normalize[Join@@RandomVariate[𝒟, 100], Mean];将直方图与 ChiSquareDistribution 的 PDF 进行比较:
Show[Histogram[data, "Scott", PDF], Plot[PDF[ChiSquareDistribution[2], x], {x, 0, 9}]]相关指南
-
▪
- 矩阵分布
文本
Wolfram Research (2015),CircularUnitaryMatrixDistribution,Wolfram 语言函数,https://reference.wolfram.com/language/ref/CircularUnitaryMatrixDistribution.html.
CMS
Wolfram 语言. 2015. "CircularUnitaryMatrixDistribution." Wolfram 语言与系统参考资料中心. Wolfram Research. https://reference.wolfram.com/language/ref/CircularUnitaryMatrixDistribution.html.
APA
Wolfram 语言. (2015). CircularUnitaryMatrixDistribution. Wolfram 语言与系统参考资料中心. 追溯自 https://reference.wolfram.com/language/ref/CircularUnitaryMatrixDistribution.html 年
BibTeX
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BibLaTeX
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