GaussianUnitaryMatrixDistribution
GaussianUnitaryMatrixDistribution[σ,n]
行列次元{n,n},尺度母数 σ のガウス(Gauss)ユニタリ行列分布を表す.
GaussianUnitaryMatrixDistribution[n]
単位尺度母数を持つガウスユニタリ行列分布を表す.
詳細
- GaussianUnitaryMatrixDistributionは,ガウスユニタリアンサンブル(GUE)としても知られている.
- GaussianUnitaryMatrixDistributionは,エルミート(Hermite)行列の分布である.ただし, は,NormalDistribution[0,σ]に従う実部と虚部の行列要素を持つ独立同分布に従う複素平方行列である.
- の確率密度はに比例する.
- 尺度母数 σ は任意の正の数でよく,n は任意の整数でよい.
- GaussianUnitaryMatrixDistributionは,MatrixPropertyDistribution,EstimatedDistribution,RandomVariate等の関数とともに使うことができる.
予備知識
- GaussianUnitaryMatrixDistribution[σ,n]は,ガウスユニタリアンサンブル(GUE)とも呼ばれるもので, 複素エルミート行列上の統計分布,具体的には を満足する複素正方行列 を表す.ただし,は の共役転置を表す.GaussianUnitaryMatrixDistributionに従って分布する行列の確率密度はに比例する.さらに,すべての項の集合は,実部(Re)と虚部(Im)がNormalDistribution[0,σ]に従って一様に分布する複素変量の独立集合である.GaussianUnitaryMatrixDistribution[σ,n]は,正の整数 n(次元母数)と正の実数 σ(尺度母数)によってパラメータ化される.「ガウスユニタリ行列分布」という名前ではあるが,この分布に属する行列がユニタリ行列である必要はない.
- 1母数の形GaussianUnitaryMatrixDistribution[n]はGaussianUnitaryMatrixDistribution[1,n]に等しい.
- ガウスユニタリ行列分布は,ガウス直交アンサンブル(GaussianOrthogonalMatrixDistribution)およびガウスシンプレクティックアンサンブル(GaussianSymplecticMatrixDistribution)と並んで,Freeman Dysonによって原子物理学における揺らぎの研究のツールとして提唱された3つのいわゆるガウス行列アンサンプルの一つである.ガウスユニタリアンサンブルは,数学的にはユニタリ行列による共役のもとで不変であり,物理的には時間反転対称性のないハミルトニアンをモデル化する.ガウスユニタリ行列分布のような行列アンサンブルは,ランダム行列理論をはじめとする物理学および数学のさまざま分野の研究において非常に重要である.
- RandomVariateを使って,ガウスユニタリ行列分布から,1つあるいは複数の機械精度あるいは任意精度(後者はWorkingPrecisionオプションを介す)の擬似乱数変量を得ることができる.そのような変量の集合の平均,中央値,分散,モーメント,中心モーメントは,それぞれMean,Median,Variance,Moment,CentralMomentを使って計算することができる.Distributed[A,GaussianUnitaryMatrixDistribution[σ,n]](より簡単な表記では AGaussianUnitaryMatrixDistribution[σ,n])を使ってランダム行列 A がガウスユニタリ行列分布に従って分布していると宣言することができる.そのような宣言はMatrixPropertyDistribution等の関数で使うことができる.
- ガウスユニタリ行列分布に従って分布する変量のトレース,固有値,ノルムは,それぞれTr,Eigenvalues,Normを使って計算することができる.そのような変量は,MatrixFunctionやMatrixPowerで調べることもできる.加えて,実部(Re),虚部(Im),複素引数(Arg)等の関連する実際の量はMatrixPlotを使ってプロットできる.
- GaussianUnitaryMatrixDistributionは他の数多くの分布と関連がある.上述の通り,この分布は他のガウス行列分布(GaussianOrthogonalMatrixDistributionおよびGaussianSymplecticMatrixDistribution)と定性的に類似している.ガウスアンサンブルの一般化には,いわゆる円行列アンサンブルが含まれるので,GaussianUnitaryMatrixDistributionはCircularOrthogonalMatrixDistribution,CircularQuaternionMatrixDistribution,CircularRealMatrixDistribution,CircularSymplecticMatrixDistribution,CircularUnitaryMatrixDistributionとも関係がある.GaussianUnitaryMatrixDistributionはMatrixNormalDistribution,MatrixTDistribution,WishartMatrixDistribution,InverseWishartMatrixDistribution,TracyWidomDistribution,WignerSemicircleDistributionとも関係がある.
例題
すべて開くすべて閉じる例 (4)
GaussianUnitaryMatrixDistributionからの行列の独立実数成分は,ガウス分布を併用し,非相関で,対角を外れる項目は対角上の項目の半分の分散を持つ:
MatrixPropertyDistributionを使ってGUE行列の固有値をサンプルする:
スコープ (4)
アプリケーション (3)
ヒストグラムをDyson指標 についてのウィグナー(Wigner)推定としても知られる閉形式と比較する:
RandomSampleを使ってランダムに固有値を置換し,アルゴリズム特有の順序を相殺する:
GaussianUnitaryMatrixDistributionからの行列を無限小生成器として使ってCUE上にブラウン運動を構築する:
初期行列をCircularUnitaryMatrixDistributionからサンプルしてブラウン経路を生成する:
固有値の位相を計算し,結果をCircularUnitaryMatrixDistributionからの行列の固有値の確率密度関数と比較する:
特性と関係 (4)
MatrixExpを に適用したもの( はGaussianUnitaryMatrixDistributionからサンプルを取る)はユニタリ行列である:
行列要素が独立正規分布に従うと仮定して,GaussianUnitaryMatrixDistributionから引いた行列要素の分布母数を推定する:
大きいGUE行列のスペクトル密度はWignerSemicircleDistributionに収束する:
大きいGUE行列のスケールされた最大固有値の分布はTracyWidomDistributionに収束する:
ヒストグラムをTracyWidomDistribution[2]のPDFと比較する:
テキスト
Wolfram Research (2015), GaussianUnitaryMatrixDistribution, Wolfram言語関数, https://reference.wolfram.com/language/ref/GaussianUnitaryMatrixDistribution.html (2017年に更新).
CMS
Wolfram Language. 2015. "GaussianUnitaryMatrixDistribution." Wolfram Language & System Documentation Center. Wolfram Research. Last Modified 2017. https://reference.wolfram.com/language/ref/GaussianUnitaryMatrixDistribution.html.
APA
Wolfram Language. (2015). GaussianUnitaryMatrixDistribution. Wolfram Language & System Documentation Center. Retrieved from https://reference.wolfram.com/language/ref/GaussianUnitaryMatrixDistribution.html