diff --git a/JEPA/math/README.md b/JEPA/math/README.md index 61b0a84..b7408fb 100644 --- a/JEPA/math/README.md +++ b/JEPA/math/README.md @@ -3,6 +3,8 @@ > 本目录将论文 *When Does LeJEPA Learn a World Model?* 的数学证明拆分为 6 个独立 topic,每个 topic 专注一个概念,循序渐进。 > > **建议阅读顺序:** Topic 1 → 2 → 3 → 4 → 5 → 6 +> +> 🎬 **交互式动画:** 每个 topic 都配有可拖动参数的交互式可视化,见 [`animations/`](animations/README.md)。 --- diff --git a/JEPA/math/animations/README.md b/JEPA/math/animations/README.md new file mode 100644 index 0000000..ddf11ab --- /dev/null +++ b/JEPA/math/animations/README.md @@ -0,0 +1,53 @@ +# LeJEPA 数学原理 · 交互式动画 + +> 配套 [`JEPA/math/`](../) 六个 topic 的交互式可视化。每个页面均为**单文件 HTML**,无需构建,双击或在浏览器打开即可;自带 ρ/α/θ 等滑块、自动演示与键盘热键。 + +--- + +## 📺 动画清单 + +| # | 动画 | 对应 topic | 核心交互 | +|---|------|-----------|---------| +| 1 | [Hermite 多项式](hermite_explainer.html) | [01](../01_hermite_polynomials.md) | 拖 ρ、叠加阶数,看 Heₙ(z) 曲线与 ρᵈ 衰减条 | +| 2 | [OU 过程与 Mehler](ou_mehler_explainer.html) | [02](../02_ou_process_mehler.md) | 拖 ρ 看 (z,z′) 联合散点 + 平稳性统计 + ρᵈ 条 | +| 3 | [谱分解(定理1)](spectral_explainer.html) | [03](../03_spectral_identifiability.md) | 调谱权重 w₁/w₂/w₃,看 corr=Σwᵈρᵈ 触界 + 6 步路线图 | +| 4 | [高斯唯一性(定理2)](gaussian_uniqueness_explainer.html) | [04](../04_sturm_liouville_uniqueness.md) | 扫描 α,看密度/得分线性度/R²(α) 在 α=2 尖峰 | +| 5 | [近似界(定理3)](approx_bound_explainer.html) | [05](../05_approximate_identifiability.md) | 拖 δ/ε/ρ,看界 D+(ε+D)² 的一阶/二阶构成 | +| 6 | [规划等价(定理4)](planning_explainer.html) | [06](../06_planning_equivalence.md) | 旋转 θ,双空间路径 + 切换 O(n)-不变/非不变代价 | + +--- + +## ⌨️ 通用操作 + +| 操作 | 作用 | +|------|------| +| 拖动滑块 | 调节核心参数(ρ / α / δ,ε,ρ / θ),实时重绘 | +| `空格` | 播放/暂停自动演示 | +| `← / →` | 微调当前主参数 | +| `0` | 复位(部分页面) | +| 底部胶囊导航 | 在 6 个动画之间跳转 | + +--- + +## 🎨 设计说明 + +- **调性**:科学可视化工具风(暗色绘图区 + 学术冷色),非营销页。 +- **语义配色**:青蓝 = 线性/想要的成分(d=1)、暖橙 = 高阶非线性(被衰减)、绿色 = 成立/最优。 +- **字体**:`Spectral`(标题)/`Sora`(界面)/`JetBrains Mono`(公式与数据)。 +- 所有曲线/散点用 Canvas 实时绘制,适配高分屏(devicePixelRatio)。 + +--- + +## 🧩 一条主线串起六个动画 + +``` +01 Hermite 分解 ─→ 02 OU 衰减 ρᵈ ─→ 03 corr≤ρ 等号⟺线性(定理1) + │ + 04 只有高斯让得分线性(定理2,逆向) + │ + 05 近似时误差 ≤ D+(ε+D)²(定理3) + │ + 06 正交等价 → 规划等价(定理4,应用) +``` + +> 核心信息:**LeJEPA 在高斯世界中可证明地学到世界模型**——线性可识别性使学到的潜空间在任意正交不变代价下与真实世界等价。 diff --git a/JEPA/math/animations/approx_bound_explainer.html b/JEPA/math/animations/approx_bound_explainer.html new file mode 100644 index 0000000..5c8f26f --- /dev/null +++ b/JEPA/math/animations/approx_bound_explainer.html @@ -0,0 +1,176 @@ + + + + + +近似可识别性界 — 交互式探索 + + + + + + +
+
+
+ LeJEPA · Topic 5 · 定理 3 +

近似可识别性界 优雅降级

+
+

当对齐间隙 δ 与白化误差 ε 不为零时,恢复误差被界 D + (ε+D)² 控制(D = δ/(2ρ(1−ρ)))。拖动三个参数,观察 δ 是主因、ε 仅二阶。

+
+ +
+
+
误差参数
+
δ 对齐间隙0.018
+
ε 白化误差0.10
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ρ 相关性0.90
+
+ + + + +
+
δ=0 且 ε=0 时界=0,退化为定理1的精确恢复 h(z)=Qz。
+
+
+
归一化量 D = δ / (2ρ(1−ρ))
+
谱间隙 2ρ(1−ρ)0.18
+
D0.10
+
ρ 越大,2ρ(1−ρ) 越小,D 对 δ 越敏感。
+
+
+
误差上界
+
0.110
+
E[‖h(z)−Qz‖²] ≤ D + (ε+D)²
+
+
+ +
+

误差界的构成:D(一阶)+ (ε+D)²(二阶)

+
堆叠条 = 界的两部分;右侧曲面 = 界随 δ 的增长
+
+ +
+

定理 3 的界

+
E[‖h(z)−Qz‖²]
 ≤ D + (ε+D

D = δ / (2ρ(1−ρ))
+
+
D:来自对齐间隙 δ(线性主导项)
+
(ε+D)²:白化与 Procrustes 误差(二阶)
+
+
+
来源:JEPA/math/05_approximate_identifiability.md
+
+
+ + + + + diff --git a/JEPA/math/animations/gaussian_uniqueness_explainer.html b/JEPA/math/animations/gaussian_uniqueness_explainer.html new file mode 100644 index 0000000..79caabe --- /dev/null +++ b/JEPA/math/animations/gaussian_uniqueness_explainer.html @@ -0,0 +1,197 @@ + + + + + +高斯唯一性(Sturm-Liouville)— 交互式探索 + + + + + + +
+
+
+ LeJEPA · Topic 4 · 定理 2 +

高斯唯一性 Sturm-Liouville

+
+

扫描广义正态分布的形状参数 α,看密度 p(z;α) 的得分函数 (log p)′ 是否线性——只有 α=2(高斯)时得分线性,线性可识别性才成立。

+
+ +
+
+
形状参数 α
+
2.00
+
+ +
广义正态 p(z;α) ∝ exp(−|z/β|^α),β 调成单位方差。α=1 拉普拉斯,α=2 高斯,α→∞ 均匀。
+
+ + + + +
+
+
+
得分函数线性度
+
+
得分 (log p)′ = −(α/βᵅ)·|z|^{α−1}·sign(z)。仅 α=2 时退化为线性的 −z。
+
+
+
演示
+
+
+
+ +
+

密度与得分函数

α=2 是唯一让得分变直线的点
+
+
密度 p(z; α)
+
得分函数 (log p)′(z) — 直线 = 高斯
+
+
+ +
+

充要链条

+
p 高斯
 ⟺ 得分 (log p)′ 线性
 ⟺ 第一特征函数仿射
 ⟺ 线性可识别性成立
+

线性可识别性 R²(α)

+
+
+
来源:JEPA/math/04_sturm_liouville_uniqueness.md
+
+
+ + + + + \ No newline at end of file diff --git a/JEPA/math/animations/hermite_explainer.html b/JEPA/math/animations/hermite_explainer.html new file mode 100644 index 0000000..881f8f1 --- /dev/null +++ b/JEPA/math/animations/hermite_explainer.html @@ -0,0 +1,428 @@ + + + + + +Hermite 多项式 × OU 衰减 — 交互式探索 + + + + + + + + + + +
+ +
+
+ LeJEPA · Topic 1 +

Hermite 多项式 与 OU 过程的 ρᵈ 衰减

+
+

拖动相关性 ρ、切换不同阶数的 Hermite 成分,实时观察:为什么 LeJEPA 的对齐损失会只青睐线性成分——这正是「线性可识别性」定理 1 的核心直觉。

+
+ + +
+
+
相关性 ρ(OU 过程)
+
0.70 ∈ (0, 1)
+ +
ρ 越大,正样本对 (z, z′) 越相似。第 d 阶成分的时间相关性为 ρᵈ,高阶随 d 指数衰减。
+
+ +
+
显示哪些 Hermite 成分
+
+
+ +
+
演示
+
+ + +
+
自动模式下 ρ 在 0.05↔0.97 之间往返,观察条形图的相对高度如何变化。
+
+
+ + +
+
+

前几阶 Hermite 多项式 Heₙ(z)

+ 底纹 = 高斯密度 N(0,1),概率质量集中在 [-3, 3] +
+
+ +
+
各阶成分对正样本对的相关性 = ρᵈ · (n! 归一化后)
+ +
+
+ + +
+

实时解读

+
+ E[Heₙ(z′)·Heₙ(z)]
+   = ρn · n! +
+
+ +

谱权重的含义

+
+ w₁ = 1 → 100% 线性(想要的)
+ w_d>0 (d≥2) → 残留非线性 +
+ +
+
来源:JEPA/math/01_hermite_polynomials.md
+
+ +
+ + + + + + \ No newline at end of file diff --git a/JEPA/math/animations/ou_mehler_explainer.html b/JEPA/math/animations/ou_mehler_explainer.html new file mode 100644 index 0000000..2f1ed03 --- /dev/null +++ b/JEPA/math/animations/ou_mehler_explainer.html @@ -0,0 +1,193 @@ + + + + + +OU 过程与 Mehler 公式 — 交互式探索 + + + + + + +
+
+
+ LeJEPA · Topic 2 +

OU 过程 与 Mehler 公式

+
+

正样本对 (z, z′) 由 OU 过程 z′ = ρz + √(1−ρ²)·η 生成。拖动 ρ 观察散点相关性与 ρᵈ 衰减——这正是「高阶成分被更强惩罚」的来源。

+
+ +
+
+
相关性 ρ
+
0.90 ∈ (0,1)
+ +
物理图像:弹簧拴住的粒子(均值回归 ρz)+ 随机扰动(√(1−ρ²)η)。ρ→1 视图几乎相同,ρ→0 趋于独立。
+
+
+
平稳性 & 相关性(实时统计)
+
样本数 N1500
+
Var(z)1.00
+
Var(z′)1.00
+
Cov(z,z′)0.90
+
无论 ρ 多少,z 与 z′ 都保持单位方差(平稳性);协方差 ≈ ρ。
+
+
+
演示
+
+ + +
+
+
+ +
+

正样本对联合散点 (z, z′)

每点一个样本;越靠对角线 = 越相关
+
+
+
第 d 阶 Hermite 成分的相关性 = ρᵈ(线性 d=1 最大)
+ +
+
+ +
+

Mehler 公式

+
E[h(z′)·h(z)]
 = Σd≥1 wd·ρdρ
+
+

对齐损失下界

+
Lalign = 2n − 2Σ corri
  ≥ 2(1−ρ)n
+
+
来源:JEPA/math/02_ou_process_mehler.md
+
+
+ + + + + + diff --git a/JEPA/math/animations/planning_explainer.html b/JEPA/math/animations/planning_explainer.html new file mode 100644 index 0000000..de92153 --- /dev/null +++ b/JEPA/math/animations/planning_explainer.html @@ -0,0 +1,176 @@ + + + + + +正交不变性与最优规划 — 交互式探索 + + + + + + +
+
+
+ LeJEPA · Topic 6 · 定理 4 +

正交不变性 与最优规划

+
+

学到的潜空间 ẑ = Qz 只是真实空间 z 的旋转。旋转角 θ 任意,只要代价函数是 O(n)-不变的,两边规划的总代价就完全相同。

+
+ +
+
+
旋转角 θ(Q ∈ O(n))
+
45°
+ +
ẑ = Qz,Q 是旋转 θ 的正交矩阵。无论 θ 多少,点云形状不变(保距离、保角度)。
+
+
+
代价函数类型
+
+ + +
+
距离类代价旋转不变 → 定理4成立;坐标类代价依赖方向 → 不适用。
+
+
+
总规划代价对比
+
+
真实空间 J(z)
+
潜空间 J(ẑ)
+
+
+
+
演示
+
+
+
+ +
+

两个空间中的最优路径(start → goal)

+
+
真实潜空间 z
+
学到的潜空间 ẑ = Qz
+
+
+ +
+

代价等价(核心)

+
ℓ(Qz, a) = ℓ(z, a) (O(n)-不变)

J(a; Qz₀) = J(a; z₀)
â* = a* 且 V̂* = V*
+

为什么足够?

+
正交变换保持:
‖Qz₁−Qz₂‖ = ‖z₁−z₂‖
⟨Qz₁,Qz₂⟩ = ⟨z₁,z₂⟩
+
+
来源:JEPA/math/06_planning_equivalence.md
+
+
+ + + + + diff --git a/JEPA/math/animations/spectral_explainer.html b/JEPA/math/animations/spectral_explainer.html new file mode 100644 index 0000000..be70679 --- /dev/null +++ b/JEPA/math/animations/spectral_explainer.html @@ -0,0 +1,178 @@ + + + + + +谱分解与线性可识别性 — 交互式探索 + + + + + + +
+
+
+ LeJEPA · Topic 3 · 定理 1 +

谱分解 与线性可识别性

+
+

调节编码器的谱权重 w₁/w₂,w₃(自动归一化),实时计算相关性 corr = Σ wᵈ·ρᵈ,看它何时能触到上界 ρ——只有纯线性(w₁=1)才能取等。

+
+ +
+
+
谱权重 wᵈ(Σ=1 自动归一化)
+
w₁ 线性1.00
+
w₂ 二次0.00
+
w₃ 三次0.00
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+ + + + +
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谱权重 = 编码器各阶非线性成分占总方差的比例。w₀=0(零均值),Σwᵈ=1(单位方差)。
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+
+
相关性 ρ
+
ρ0.90
+
+
+
当前相关性 corr
+
0.900
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上界 = ρ。差距 = ρ − corr ≥ 0,仅纯线性时为 0。
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corr = Σ wᵈ·ρᵈ 相对上界 ρ

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+
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+ +
+

关键不等式

+
corr = Σd≥1 wdρd ≤ Σ wdρ = ρ

等号 ⟺ ∀d≥2: wd=0 ⟺ w₁=1
+

从相关到正交

+
corr=ρ → h(z)=Az(线性)
h(z)~N(0,I) → AAᵀ=I
h(z)=Qz, Q∈O(n)
+
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来源:JEPA/math/03_spectral_identifiability.md
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