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从一个困惑开始

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关于「公式 I(X;Y)=D_KL(p(x,y)||p(x)p(y)) 在概念上意味着什么?」

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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。

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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互信息 I(X;Y)I(X;Y) 与边际熵 H(X)H(X)、H(Y)H(Y) 以及联合熵 H(X,Y)H(X,Y) 之间的关系由恒等式 I(X;Y)=H(X)+H(Y)−H(X,Y)I(X;Y) = H(X) + H(Y) - H(X,Y) 给出。这是从韦恩图中推导出来的,其中两个熵圆的并集是联合熵,它们的交集是互信息。

适用条件:XX 和 YY 是具有有限熵的随机变量。;该图将 H(X,Y)H(X,Y) 视为两个熵圆的并集,将 I(X;Y)I(X;Y) 视为它们的交集。