伊辛模型(Ising Model)的数学公式意义

Thrimatter三态生物
2025-12-17 14:51:51
量子信息
算法解析

1.公式:


假设我们有一群萤火虫矩阵,萤火虫发光为+1,不发光为-1


我们像萤火虫群发出特定的图案,这个图案有一个亮度和谐度


H:这就是最终的 “和谐度总分”。我们拼命想让这个分数变低。


:这是第i只萤火虫的状态。它只能是 +1(亮) 或者 -1(暗)


:这是关系系数表(就是那个矩阵)。它定义了萤火虫i和萤火虫j之间“希望相同还是相反”


=-1:表示希望它们状态相同(同亮或同暗)


=+1:表示希望它们状态相反(一亮一暗)


    :这是个人倾向系数。代表某只萤火虫自身的“小脾气”


>0:表示它自己就有点想亮(+1)


<0:表示它自己就有点想暗(-1)


2.组装起来看:


第一部分



我们看一对萤火虫i和j,如果他们相同,就是++得+或者--得+,如果相反就是+-得-


再乘以他们的关系希望系数J,如果它们的状态符合希望(比如希望相同,实际也相同),这一项是负值;如果不符合希望,这一项是正值


外面有个负号:
它意味着:我们把“关系好”定义为让括号里算出来的东西变大。因为前面有负号,括号里变大,H才能变小。


简单来说:括号里算出的“关系分”越高,实际“和谐度”H就越低。


第二部分



里面的


看单只萤火虫i。


如果它本身的倾向(h_i)和它实际状态(σ_i)一致(比如h_i>0想亮,实际σ_i=+1也亮),那么这一项是正的。


外面也有负号:和上面一样,这个负号意味着:萤火虫“顺从本心”能让括号里变大,从而让总分H变小。


总结:
想象您在给这个“萤火虫方阵”打分,分数H越低越好(像高尔夫球)。


每当两只萤火虫按照您希望的规则相处好了(该相同就相同,该相反就相反),您就给它们的关系奖励一朵小红花。一朵小红花能让总分 H 减掉1分(因为公式前的负号)。


每当一只萤火虫顺从了自己的心意(想亮就亮,想暗就暗),您也给它个人奖励一朵小红花,同样让总分 H 减掉1分。


如果它们处得不好,或者违背了自己心意,您就不给小红花,甚至扣分(让H增加)。


那CIM这台机器在干什么?
它就是在不停地摇晃、调整这群萤火虫,用物理规则让整个系统自发地朝着“拿到最多小红花”(即H最小)的状态狂奔而去! 当系统稳定时,那个状态就是H最小的状态,也就是我们问题的最优解

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