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从一个困惑开始

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关于「互信息在 X 和 Y 中是对称的吗?」

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认识概念

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是的,互信息是完全对称的。公式 I(X;Y)=I(Y;X)I(X;Y) = I(Y;X) 成立。

适用条件:适用于定义互信息的任意一对随机变量 XX 和 YY。

理解原因

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当 XX 和 YY 独立时,知道其中一个并不能告诉你关于另一个的任何信息。在数学上,联合分布分解为边际分布的乘积,即 p(x,y)=p(x)⋅p(y)p(x,y) = p(x) \cdot p(y)。

适用条件:适用于 XX 和 YY 独立的情况。;显示的记号使用概率质量函数 p(x)p(x)、p(y)p(y) 和 p(x,y)p(x,y)。

掌握方法

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通过应用离散 KL 散度的标准定义来展开 KL 散度表达式。通过设置 P=p(x,y)P = p(x,y) 和 Q=p(x)p(y)Q = p(x)p(y),散度变为在联合支持集上对所有对 (x,y)(x,y) 求和,即联合概率乘以联合概率与边际乘积之比对数的和。

适用条件:推导适用于使用概率质量函数的离散分布。;展开的求和中没有明确说明对数的底数,尽管前面的熵使用了以 2 为底。;比率形式要求在求和支持集上 p(x,y)>0p(x,y)>0 且 p(x)p(y)>0p(x)p(y)>0。

认识概念

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在概念上,这个公式将互信息识别为实际联合分布 p(x,y)p(x,y) 与独立参考分布 p(x)p(y)p(x)p(y) 之间的库尔贝克-莱布勒(KL)散度。它衡量了实际联合分布偏离纯粹独立性的程度。

适用条件:显示的推导适用于使用概率质量函数的离散分布。;比率形式要求在求和支持集上 p(x,y)>0p(x,y)>0 且 p(x)p(y)>0p(x)p(y)>0。