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、
2026年10月22日 (星期四)
→总相关性
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'''例:三变量情形的高阶交互依赖'''
'''例:三变量情形的高阶交互依赖'''
−
设 <math>X_1</math> 与 <math>X_2</math>
为相互独立的均匀二元随机变量,并令:
+
设 <math>X_1</math> 与 <math>X_2</math>
为相互独立的均匀二元随机变量,即 <math>P(X_1=0)=P(X_1=1)=P(X_2=0)=P(X_2=1)=\tfrac{1}{2}</math>,并令:
−
<math>X_3=X_1\oplus X_2,</math>
其中
<math>\oplus</math> 表示[[异或运算]]
。此时,
<math>X_1</math>
、
<math>X_2</math>
与
<math>X_3</math>
两两独立,但
<math>(X_1,X_2)</math>
的联合取值能够完全确定
<math>X_3</math>
。因此,该系统存在无法由任意一对变量关系捕捉的[[高阶依赖]]。
+
<math>X_3=X_1\oplus X_2,</math>
+
+
其中,
<math>\oplus</math> 表示[[异或运算]]
。由于 <math>X_3</math> 由
<math>X_1</math>
与
<math>X_2</math>
共同决定,三个变量均具有 1 比特的信息熵;同时,
+
+
<math>
H(X_1,X_2,
X_3
)=H(X_1,X_2)=2.
</math>
+
+
因此,该三变量系统的[[总相关性]]为:
+
+
<math>
+
\begin{aligned}
+
C
(X_1,X_2
,X_3
)
+
&=H(X_1)+H(X_2)+H(X_3)-H(X_1,X_2,X_3)\\
+
&=1+1+1-2\\
+
&=1\ \mathrm{bit}.
+
\end{aligned}
+
</math>
+
+
另一方面,任意两个变量均相互独立:
+
+
<math>
+
I(X_1;X_2)=I(X_1;X_3)=I(X_2;
X_3
)=0.
+
</math>
+
+
因此,非零的总相关性表明该系统并非完全独立;而两两互信息均为零则表明,这种依赖不能由任意一对变量之间的关系解释。它只有在同时观察 <math>X_1</math> 与 <math>X_2</math> 时才出现,是一种高阶交互依赖。
[[文件:三变量高阶冗余示例.png|337x337像素|替代=|缩略图|图1:以韦恩图展示的三变量系统高阶依赖的例子。图中粉色部分代表了{X1,X2}构成的整体对X3的依赖。]]
[[文件:三变量高阶冗余示例.png|337x337像素|替代=|缩略图|图1:以韦恩图展示的三变量系统高阶依赖的例子。图中粉色部分代表了{X1,X2}构成的整体对X3的依赖。]]
王亦理
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