信息论-熵-随机变量-泛函

别等时光非礼了梦想. 提交于 2020-01-09 02:54:03

一. 熵的定义:

         原始熵的定义:克劳修斯(T.Clausius) 于1854年提出熵(entropie)的概念, 我国物理学家胡刚复教授于1923年根据热温商之意首次把entropie译为“熵”。熵,热力学中表征物质状态的参量之一,用符号S表示,其物理意义是体系混乱程度的度量。统计热力学: 熵的大小与体系的微观状态Ω有关,即S=klnΩ,其中k为玻尔兹曼常量,k=1.3807x10-23J·K-1。体系微观状态Ω是大量质点的体系经统计规律而得到的热力学概率,因此熵有统计意义,对只有几个、几十或几百分子的体系就无所谓熵。

  信息熵:1948年,香农提出了“信息熵”的概念,才解决了对信息的量化度量问题。信息熵这个词是C.E.香农从热力学中借用过来的。热力学中的热熵是表示分子状态混乱程度的物理量。香农用信息熵的概念来描述信源的不确定度。信息论之父克劳德·艾尔伍德·香农第一次用数学语言阐明了概率与信息冗余度的关系。C. E. Shannon 在 1948 年发表的论文“通信的数学理论( A Mathematical Theory of Communication )”中, Shannon 指出,任何信息都存在冗余,冗余大小与信息中每个符号(数字、字母或单词)的出现概率或者说不确定性有关。

  离散信号的信息熵:信源的平均不确定性应当为单个符号不确定性-logPi的统计平均值(E),可称为信息熵,即 

 ,式中对数一般取2为底,单位为比特。但是,也可以取其它对数底,采用其它相应的单位,它们间可用换底公式换算。

  离散信源的信息熵具有:①非负性,即收到一个信源符号所获得的信息量应为正值,H(U)≥0;②对称性,即对称于P=0.5(③确定性,H(1,0)=0,即P=0或P=1已是确定状态,所得信息量为零;④极值性,当P=0.5时,H(U)最大;而且H(U)是P的上凸函数。

  变量的不确定性越大,熵也就越大,把它搞清楚所需要的信息量也就越大。信息熵是信息论中用于度量信息量的一个概念。一个系统越是有序,信息熵就越低;反之,一个系统越是混乱,信息熵就越高。所以,信息熵也可以说是系统有序化程度的一个度量。

二. 熵是随机变量U的泛函,仅与U的分布有关。

  简单的说, 泛函就是定义域是一个函数集,而值域是实数集或者实数集的一个子集,推广开来, 泛函就是从任意的向量空间到标量的映射。也就是说,它是从函数空间到数域的映射。

  泛函也是一种“函数”,它的独立变量一般不是通常函数的“自变量”,而是通常函数本身。泛函函数的函数。由于函数的值是由自变量的选取而确定的,而泛函的值是由自变量函数确定的,故可以将其理解为函数的函数。泛函的自变量是函数,泛函的自变量称为宗量。

  简言之,泛函就是函数的函数。
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