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| | 第一小节W&B的定义: | | 第一小节W&B的定义: |
| − | 设A1,A2,...,Ak是R的非空且可能重叠的子集,我们称其为源。每个信息源Ai提供的信息仅由I(S;Ai)表示,即S与Ai之间的互信息。但需要特别注意的是,互信息本质上是一种平均或期望信息的度量指标,其期望值是基于随机变量结果计算得出的。信息源A所提供的信息可表示为
| + | 令 <math>\mathbf{A}_{1},\mathbf{A}_{2},\dots ,\mathbf{A}_{k}</math>为 <math>\mathbf{R}</math>的非空且允许重叠的子集,我们称之为源。 |
| − | 其中,特定信息I(S = s;A)量化了与S的特定结果s相关的信息为量化S和A之间的不同关系,人们提出了各种特定信息的定义,这里选择I(S = s; A) =Xap(a|s)logp(1s)− logp(s1|a) (2)术语 1p(s) 被称为s的不确定度,因此I(S = s;A)是已知A的情况下s的平均不确定度减少量。换句话说,I(S = s;A)量化了A为每个特定结果s∈S提供的信息,而I(S;A)则是这一数量在S的所有结果上的期望值。考虑到这些因素,冗余的自然度量是任何源为S的每个提供的信息的最小值即:Imin(S; {A1, A2, . . . , Ak}) =Xsp(s) minAiI(S = s; Ai).(3)伊明提出了冗余的概念,即所有来源共有的信息(任何来源提供的最小信息),同时考虑到来源可能提供关于S的不同结果的信息。与互信息一样,Imin也是特定信息项的期望值。
| + | 如何量化这些这些源关于<math>S</math>所提供的冗余信息?当然,每个<math>\mathbf{A}_{i}</math>所提供的信息由互信息<math>I(S;\mathbf{A}_{i})</math>给出。 |
| − | 以下是一些有代表性的定量方法: | + | 然而,关键在于互信息实际上是平均或期望信息,期望是对随机变量的所有可能结果取的。 |
| | + | 因此,例如,两个源可能提供相同的平均信息量,同时却关于<math>S</math>的不同结果提供信息。 |
| | + | 形式上,源<math>\mathbf{A}</math>所提供的信息可写为 |
| | + | \begin{equation} |
| | + | I(S;\mathbf{A})=\sum_{s}p(s)\,I(S=s;\mathbf{A}), |
| | + | \end{equation} |
| | + | 其中特定信息<math>I(S=s;\mathbf{A})</math>量化了与<math>S</math>的某一特定结果 <math>s</math>相关联的信息(见附录~A)。 |
| | + | 对我们而言,最有用的定义是 |
| | + | \begin{equation} |
| | + | I(S=s;\mathbf{A})= |
| | + | \sum_{\mathbf{a}}p(\mathbf{a}|s) |
| | + | \left[\log\frac{1}{p(s)}-\log\frac{1}{p(s|\mathbf{a})}\right]. |
| | + | \end{equation} |
| | + | 项 $1/p(s)$ 称为 $s$ 的惊异值(surprise),因此 <math>I(S=s;\mathbf{A})</math>表示已知<math>\mathbf{A}</math>后 <math>s</math>的平均惊异减少量。 |
| | + | 换言之,<math>I(S=s;\mathbf{A})</math> 量化 <math>\mathbf{A}</math>关于每个特定结果 <math>s\in S</math>所提供的信息,而<math>I(S;\mathbf{A})</math>则是该量在所有结果上的期望。 |
| | + | |
| | + | 鉴于上述考虑,一个自然的冗余度量是每个源关于每个结果所提供信息的最小值}的期望,即 |
| | + | \begin{equation} |
| | + | I_{\min}(S;\{\mathbf{A}_{1},\mathbf{A}_{2},\dots ,\mathbf{A}_{k}\}) |
| | + | =\sum_{s}p(s)\min_{\mathbf{A}_{i}}I(S=s;\mathbf{A}_{i}). |
| | + | \end{equation} |
| | + | <math>I_{\min}</math>捕捉了“冗余是所有源共有的信息”这一直觉,同时考虑到不同源可能关于 <math>S</math>的不同结果提供信息。 |
| | + | 注意,与互信息类似,<math>I_{\min}</math>也是特定信息项的期望值。 |
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| | + | <math>I_{\min}</math>还具有若干重要性质,进一步支持其作为冗余度量的解释: |
| | + | \begin{itemize} |
| | + | \item 首先,<math>I_{\min}</math>是非负的,这一性质直接源于特定信息的非负性(见附录~D)。 |
| | + | \item 第二,对所有 <math>\mathbf{A}_{i}</math>都有 <math>I_{\min}\le I(S;\mathbf{A}_{i})</math>,且等号成立当且仅当对所有 <math>i,j</math>和所有 <math>s\in S</math>都有 <math>I(S=s;\mathbf{A}_{i})=I(S=s;\mathbf{A}_{j})</math>。 |
| | + | 因此,冗余信息量自然地被每个源所提供的信息量上界约束,且当所有源提供完全相同信息时达到该界。 |
| | + | \item 最后,与上一条密切相关,对给定源 <math>\mathbf{A}</math>,与<math> \mathbf{A}</math>冗余的信息量最大为<math>I_{\min}(S;\{\mathbf{A}\})=I(S;\mathbf{A})</math>。 |
| | + | 换言之,冗余信息被“自冗余”最大化,这类似于互信息被自信息 <math>I(S;S)=H(S)</math> 最大化的性质。 |
| | + | \end{itemize}以下是一些有代表性的定量方法: |
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| | V. Griffith, E. K. Chong, R. G. James, C. J. Ellison, and J. P. Crutchfield, Intersection information based on common randomness, Entropy 16, 1985 (2014). | | V. Griffith, E. K. Chong, R. G. James, C. J. Ellison, and J. P. Crutchfield, Intersection information based on common randomness, Entropy 16, 1985 (2014). |