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Information Loss in Coarse-Graining of Stochastic Particle Dynamics

Katsoulakis, Markos A.; Trashorras, José (2006), Information Loss in Coarse-Graining of Stochastic Particle Dynamics, Journal of Statistical Physics, 122, 1, p. 115-135. http://dx.doi.org/10.1007/s10955-005-8063-1

Voir/Ouvrir
2004-59.ps (7.146Mb)
Type
Article accepté pour publication ou publié
Date
2006
Nom de la revue
Journal of Statistical Physics
Volume
122
Numéro
1
Éditeur
Springer
Pages
115-135
Identifiant publication
http://dx.doi.org/10.1007/s10955-005-8063-1
Métadonnées
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Auteur(s)
Katsoulakis, Markos A.
Trashorras, José
Résumé (EN)
Recently a new class of approximating coarse-grained stochastic processes and associated Monte Carlo algorithms were derived directly from microscopic stochastic lattice models for the adsorption/desorption and diffusion of interacting particles(12,13,15). The resulting hierarchy of stochastic processes is ordered by the level of coarsening in the space/time dimensions and describes mesoscopic scales while retaining a significant amount of microscopic detail on intermolecular forces and particle fluctuations. Here we rigorously compute in terms of specific relative entropy the information loss between non-equilibrium exact and approximating coarse-grained adsorption/desorption lattice dynamics. Our result is an error estimate analogous to rigorous error estimates for finite element/finite difference approximations of Partial Differential Equations. We prove this error to be small as long as the level of coarsening is small compared to the range of interaction of the microscopic model. This result gives a first mathematical reasoning for the parameter regimes for which approximating coarse-grained Monte Carlo algorithms are expected to give errors within a given tolerance.
Mots-clés
Coarse-grained Monte Carlo methods; Markov processes; Interacting particle systems; Information loss

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