| 第106行: |
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| − | $$MI(S : X_1, X_2) = SI(S : X_1; X_2) + UI(S : X_1 \setminus X_2) + UI(S : X_2 \setminus X_1) + CI(S : X_1; X_2) \tag{3}$$ | + | <math>$$MI(S : X_1, X_2) = SI(S : X_1; X_2) + UI(S : X_1 \setminus X_2) + UI(S : X_2 \setminus X_1) + CI(S : X_1; X_2) \tag{3}$$</math> |
| | 分解为四项,分别对应于冗余信息(或共享信息)$SI(S : X_1; X_2)$,$X_1$ 和 $X_2$ 各自的唯一信息(unique information)$UI(S : X_1 \setminus X_2)$ 和 $UI(S : X_2 \setminus X_1)$,以及协同信息(或互补信息)$CI(S : X_1; X_2)$。 | | 分解为四项,分别对应于冗余信息(或共享信息)$SI(S : X_1; X_2)$,$X_1$ 和 $X_2$ 各自的唯一信息(unique information)$UI(S : X_1 \setminus X_2)$ 和 $UI(S : X_2 \setminus X_1)$,以及协同信息(或互补信息)$CI(S : X_1; X_2)$。 |
| − | 然而,当 $n > 2$ 时,就不太清楚 $X_1, \ldots, X_n$ 可能以哪些不同的方式相互作用,结合冗余、唯一和协同效应。
| + | |
| − | 作为解决方案,Williams 和 Beer 提出了部分信息框架(partial information framework)。我们在这里简要解释这个思想,并参考 [4] 了解更详细的解释。基本思想是构造这样一个分解:纯粹用一个测量共享信息的函数 $I_\cap(S : X_1; \ldots ; X_n)$ 来测量包含在 $X_1, \ldots, X_n$ 中关于 $S$ 的冗余信息。显然,这样的函数应该对 $X_1, \ldots, X_n$ 的排列是对称的。第二步,$I_\cap$ 也被用来测量包含在原始随机变量的组合 $A_1, \ldots, A_k$(即,$A_1, \ldots, A_k$ 是分量在 $\{X_1, \ldots, X_n\}$ 中的随机向量)中关于 $S$ 的冗余信息。此外,Williams 和 Beer 提出 $I_\cap$ 应该满足以下单调性性质:
| + | Williams 和 Beer 提出了部分信息框架(partial information framework)。 |
| | + | 基本思想是构造这样一个分解: |
| | + | 第一步:纯粹用一个测量共享信息的函数 <math>$I_\cap(S : X_1; \ldots ; X_n)$</math> 来测量包含在<math> $X_1, \ldots, X_n$ 中关于 $S$ </math>的冗余信息。显然,这样的函数应该对 $X_1, \ldots, X_n$ 的排列是对称的。 |
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| | + | 第二步:<math>$I_\cap$</math> 也被用来测量包含在原始随机变量的组合 <math>$A_1, \ldots, A_k$(即,$A_1, \ldots, A_k$ 是分量在 $\{X_1, \ldots, X_n\}$ 中的随机向量)中关于 $S$ 的冗余信息。</math> |
| | + | 此外,Williams 和 Beer 提出 $I_\cap$ 应该满足以下单调性性质: |
| | $$I_\cap(S : A_1; \ldots ; A_k; A_{k+1}) \leq I_\cap(S : A_1; \ldots ; A_k) \text{,如果存在某个 } i \leq k \text{ 使得 } A_i \subseteq A_{k+1} \text{,则取等号}$$ | | $$I_\cap(S : A_1; \ldots ; A_k; A_{k+1}) \leq I_\cap(S : A_1; \ldots ; A_k) \text{,如果存在某个 } i \leq k \text{ 使得 } A_i \subseteq A_{k+1} \text{,则取等号}$$ |
| | (其中包含关系 $A_i \subseteq A_{k+1}$ 意味着 $A_i$ 的任何分量也是 $A_{k+1}$ 的分量。) | | (其中包含关系 $A_i \subseteq A_{k+1}$ 意味着 $A_i$ 的任何分量也是 $A_{k+1}$ 的分量。) |
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第120行: |
| | $$(B_1, \ldots, B_l) \preceq (A_1, \ldots, A_k) \quad \Longleftrightarrow \quad \text{对于每个 } j = 1, \ldots, k \text{,存在 } i \leq l \text{ 使得 } B_i \subseteq A_j$$ | | $$(B_1, \ldots, B_l) \preceq (A_1, \ldots, A_k) \quad \Longleftrightarrow \quad \text{对于每个 } j = 1, \ldots, k \text{,存在 } i \leq l \text{ 使得 } B_i \subseteq A_j$$ |
| | 并且,再次根据单调性性质,$I_\cap$ 是关于这个偏序的一个单调函数。这个偏序实际上使反链的集合成为一个格(lattice)。 | | 并且,再次根据单调性性质,$I_\cap$ 是关于这个偏序的一个单调函数。这个偏序实际上使反链的集合成为一个格(lattice)。 |
| − | 如果 $(B_1, \ldots, B_l) \preceq (A_1, \ldots, A_k)$,那么差值 $I_\cap(S : A_1; \ldots ; A_k) - I_\cap(S : B_1; \ldots ; B_l)$ 量化了包含在某个 $A_i$ 中但不包含在任何 $B_l$ 中的信息。Williams 和 Beer 的思想可以总结为:所有信息都可以根据其包含在哪个反链内来进行分类。因此,第三步是将: | + | 如果 $(B_1, \ldots, B_l) \preceq (A_1, \ldots, A_k)$,那么差值 $I_\cap(S : A_1; \ldots ; A_k) - I_\cap(S : B_1; \ldots ; B_l)$ 量化了包含在某个 $A_i$ 中但不包含在任何 $B_l$ 中的信息。 |
| − | $$I_\cap(S : A_1; \ldots ; A_k) = \sum_{(B_1, \ldots, B_l) \preceq (A_1, \ldots, A_k)} I_\partial(S : B_1; \ldots ; B_l)$$ | + | |
| − | 其中函数 $I_\partial$ 被唯一地定义为 $I_\cap$ 在反链格上的莫比乌斯变换(Möbius transform)。 | + | Williams 和 Beer 的思想可以总结为:所有信息都可以根据其包含在哪个反链内来进行分类。 |
| | + | |
| | + | 因此,第三步是将: |
| | + | <math>$$I_\cap(S : A_1; \ldots ; A_k) = \sum_{(B_1, \ldots, B_l) \preceq (A_1, \ldots, A_k)} I_\partial(S : B_1; \ldots ; B_l)$$</math> |
| | + | 其中函数 <math>$I_\partial$</math> 被唯一地定义为 $I_\cap$ 在反链格上的莫比乌斯变换(Möbius transform)。 |
| | 例如,$n = 2$ 和 $n = 3$ 的部分信息格(PI lattices)如图 1 所示。对于 $n = 2$,很容易与公式 (3) 联系起来:部分测度是: | | 例如,$n = 2$ 和 $n = 3$ 的部分信息格(PI lattices)如图 1 所示。对于 $n = 2$,很容易与公式 (3) 联系起来:部分测度是: |
| − | $$\begin{aligned} | + | <math>$$\begin{aligned} |
| | I_\partial(S : (X_1, X_2)) &= CI(S : X_1; X_2) \\ | | I_\partial(S : (X_1, X_2)) &= CI(S : X_1; X_2) \\ |
| | I_\partial(S : X_1) &= UI(S : X_1 \setminus X_2) \\ | | I_\partial(S : X_1) &= UI(S : X_1 \setminus X_2) \\ |
| 第125行: |
第134行: |
| | I_\partial(S : X_1; X_2) &= SI(S : X_1; X_2) | | I_\partial(S : X_1; X_2) &= SI(S : X_1; X_2) |
| | \end{aligned}$$ | | \end{aligned}$$ |
| | + | </math> |
| | 并且冗余度量满足: | | 并且冗余度量满足: |
| − | $$\begin{aligned} | + | <math>$$\begin{aligned} |
| | I_\cap(S : (X_1, X_2)) = MI(S : X_1, X_2) &= CI(S : X_1; X_2) + UI(S : X_1 \setminus X_2) \\ | | I_\cap(S : (X_1, X_2)) = MI(S : X_1, X_2) &= CI(S : X_1; X_2) + UI(S : X_1 \setminus X_2) \\ |
| | &\quad + UI(S : X_2 \setminus X_1) + SI(S : X_1; X_2) \\ | | &\quad + UI(S : X_2 \setminus X_1) + SI(S : X_1; X_2) \\ |
| 第132行: |
第142行: |
| | I_\cap(S : X_2) = MI(S : X_2) &= UI(S : X_2 \setminus X_1) + SI(S : X_1; X_2) \\ | | I_\cap(S : X_2) = MI(S : X_2) &= UI(S : X_2 \setminus X_1) + SI(S : X_1; X_2) \\ |
| | I_\cap(S : X_1; X_2) &= SI(S : X_1; X_2) | | I_\cap(S : X_1; X_2) &= SI(S : X_1; X_2) |
| − | \end{aligned} \tag{4}$$ | + | \end{aligned} |
| | + | </math> |
| | + | <math>\tag{4}$$ </math> |
| | + | |
| | 从 (4) 和互信息的链式法则: | | 从 (4) 和互信息的链式法则: |
| − | $$MI(S : X_1, X_2) = MI(S : X_2) + MI(S : X_1|X_2)$$ | + | <math>$$MI(S : X_1, X_2) = MI(S : X_2) + MI(S : X_1|X_2)$$</math> |
| | 立即得出: | | 立即得出: |
| − | $$MI(S : X_1|X_2) = UI(S : X_1 \setminus X_2) + CI(S : X_1; X_2) \tag{5}$$ | + | <math>$$MI(S : X_1|X_2) = UI(S : X_1 \setminus X_2) + CI(S : X_1; X_2) \tag{5}$$ |
| | + | </math> |
| | 即使 $I_\cap$ 是非负的(作为信息量应该如此),函数 $I_\partial$ 也是非负的可能并不明显。这个额外的要求在 [5] 中被称为局部正性(local positivity)。 | | 即使 $I_\cap$ 是非负的(作为信息量应该如此),函数 $I_\partial$ 也是非负的可能并不明显。这个额外的要求在 [5] 中被称为局部正性(local positivity)。 |
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