Taylor's power law and fluctuation scaling explained by a central-limit-like convergence
Notice bibliographique
Résumé
A power function relationship observed between the variance and the mean of many types of biological and physical systems has generated much debate as to its origins. This Taylor's law (or fluctuation scaling) has been recently hypothesized to result from the second law of thermodynamics and the behavior of the density of states. This hypothesis is predicated on physical quantities like free energy and an external field; the correspondence of these quantities with biological systems, though, remains unproven. Questions can be posed as to the applicability of this hypothesis to the diversity of observed phenomena as well as the range of spatial and temporal scales observed with Taylor's law. We note that the cumulant generating functions derived from this thermodynamic model correspond to those derived over a quarter century earlier for a class of probabilistic models known as the Tweedie exponential dispersion models. These latter models are characterized by variance-to-mean power functions; their phenomenological basis rests with a central-limit-theorem-like property that causes many statistical systems to converge mathematically toward a Tweedie form. We review evaluations of the Tweedie Poisson-gamma model for Taylor's law and provide three further cases to test: the clustering of single nucleotide polymorphisms (SNPs) within the horse chromosome 1, the clustering of genes within human chromosome 8, and the Mertens function. This latter case is a number theoretic function for which a thermodynamic model cannot explain Taylor's law, but where Tweedie convergence remains applicable. The Tweedie models are applicable to diverse biological, physical, and mathematical phenomena that express power variance functions over a wide range of measurement scales; they provide a probabilistic description for Taylor's law that allows mechanistic insight into complex systems without the assumption of a thermodynamic mechanism.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,003 | 0,021 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,002 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,001 | 0,004 |
| Communication savante | 0,002 | 0,005 |
| Science ouverte | 0,002 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,002 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,004 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».