The Law of Large Numbers in Complex Systems: From Statistical Convergence to Compressed Models
Notice bibliographique
Résumé
This paper, originally written in 2021 and substantially reworked in 2026, demonstrates that complex adaptive systems — biological, cognitive, and social — systematically violate the conditions required by the law of large numbers (independence, identical distribution, finite expectation), and that these violations are structurally entailed by the requirements of persistence rather than incidental. We introduce agent replaceability R(a) as a formal measure of the degree to which a system component's structural contribution can be recovered after loss, and show that decreasing replaceability forces a transition from population-level statistical averaging (the "LLN-strategy") to individual-level Bayesian inference with strong priors (the "model-strategy"). A scale-dependent compressibility criterion based on Kolmogorov complexity provides a non-circular characterization of this transition: the model-strategy becomes necessary when the environment contains compressible structure at the agent's operational scale that statistical averaging would destroy. The central theoretical contribution is the encapsulation principle: the two strategies are not alternatives but hierarchical levels of a single architecture. Every internal model is a compressed encoding of statistical regularities accumulated through an LLN-process at a longer timescale — many cheap trials → compression into model parameters → one costly action. The law of large numbers is never abandoned; it descends to a lower floor of the system's organization. This nesting is demonstrated to be recursive. Cognitive biases are shown to be Bayesian-optimal under strong priors and asymmetric loss functions, not deviations from rationality. Concrete case studies include bacterial chemotaxis (transitional case), feline ballistic motor control (full model-strategy with cerebellar forward/inverse models), microgravity experiments revealing the hierarchical failure modes of internal models under distributional shift, and neural-network robotics providing substrate-independent experimental confirmation — robots trained solely for viability spontaneously invented gait transitions. Six testable predictions are derived, including a maladaptation prediction from the encapsulation principle. The framework unifies probability theory, non-equilibrium thermodynamics, Kolmogorov complexity, predictive processing, and evolutionary biology within a single formal architecture. Part of the Unified Structural Theory of Complex Systems research program. Keywords: law of large numbers, Bayesian inference, Kolmogorov complexity, encapsulation principle, replaceability, persistence, predictive processing, cognitive heuristics, motor control, microgravity, robotics, non-equilibrium thermodynamics License: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0) Author – Boris Kriger¹²¹ Information Physics Institute, Gosport, Hampshire, United Kingdom boris.kriger@informationphysicsinstitute.net² Institute of Integrative and Interdisciplinary Research, Toronto, Canadaboriskriger@interdisciplinary-institute.org
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,002 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,009 | 0,003 |
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; les deux têtes enseignantes s’accordent sur ce qui est montré ici.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».