基於BERT的語義熵與蘭道爾原理:意義運算的能量成本量化

基於BERT的語義熵與Landauer原理:語意處理的能量成本量化新框架 作者: PSBigBig(獨立開發者 & 研究者) 聯絡方式: hello@onestardao.com 所有論文: https://onestardao.com/papers GitHub(WFGY框架): https://github.com/onestardao/WFGY Zenodo(完整論文與數據): https://zenodo.org/records/15630163 摘要 本研究開創性地將 Landauer原理 應用於語意領域,從「位元抹除」拓展至「意義抹除」。我們提出一個正式、基於BERT的語義熵指標(Ssem),嚴謹對應標準化能量成本,並以跨多語料、多語言的實驗證明:使用Transformer模型處理語言,確實會產生可量化的能量與經濟成本。此框架為真正的 能量感知NLP 奠定基礎,橋接物理學、深度學習與認知科學。 1. 前言:從比特到「有意義」的能量 Landauer原理指出,抹除一個比特至少需要 kBT ln 2 的能量。這一原理奠定了數位運算的物理極限,但從未被正式延伸到 語義資訊 ——也就是人類與現代AI真正處理的「有意義」內容。 近年神經科學發現,理解一句話(語意處理)消耗的人腦能量,比隨機雜訊還要高。與此同時,像BERT這樣的Transformer模型,則透過分層分頭的注意力機制,類比了認知聚焦的過程。 本研究問的是: 要「處理意義」到底要消耗多少能量?不是儲存bit,而是理解語意。 2. 相關研究與理論基礎 Landauer原理 已在比特層級實驗驗證,但極少與自然語言或神經網絡架構聯結。 注意力熵 :現代Transformer模型能計算注意力分布的熵,與語言複雜度、可解釋性高度相關。 語義殘差理論 及過往針對RNN/Transformer的能量熱力學模型,未能給出長度正規化、多頭語義熵並映射物理能量的解法。 類腦硬體 與**腦影像(fMRI/EEG)**近年也逐漸為AI與人腦能量消耗提供物理基礎。 3. 方法:語義熵的定義與計算 3.1 BERT注意力導出的語義熵(Ssem) 針對每句話進行分詞,去除特殊符號([CLS]、[SEP])。 對每一層、每個注意力頭,提...