Intuição sobre uma entropia conjunta


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Estou tendo problemas para criar alguma intuição sobre entropia conjunta. = incerteza na distribuição conjunta ; = incerteza em ; = incerteza em .H(X,Y)p(x,y)H(X)px(x)H(Y)py(y)

Se H (X) for alto, a distribuição será mais incerta e, se você souber o resultado dessa distribuição, terá mais informações! Então H (X) também quantifica informações.

Agora podemos mostrarH(X,Y)≤H(X)+H(Y)

Mas se você conhece pode obter e então, em certo sentido, tem mais informações do que e , portanto, não deveria ' t a incerteza relacionada a p (x, y) é maior que a soma das incertezas individuais?p(x,y)px(x)py(y)p(x,y)px(x)py(y)

Respostas:


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Como regra geral, informações adicionais nunca aumentam a entropia, que é formalmente declarada como:

H(X|Y)≤H(X)∗

a igualdade vale se e são independentes, o que implica .XYH(X|Y)=H(X)

Este resultado pode ser usado para provar a entropia conjunta . Para demonstrá-lo, considere um caso simples . De acordo com a regra da cadeia, podemos escrever a entropia de junção como abaixoH(X1,X2,...,Xn)≤∑i=1nH(Xi)H(X,Y)

H(X,Y)=H(X|Y)+H(Y)

Considerando a desigualdade , nunca aumenta a entropia da variável e, portanto, . Usando a indução, pode-se generalizar esse resultado para os casos que envolvem mais de duas variáveis.∗H(X|Y)XH(X,Y)≤H(X)+H(Y)

Espero que tenha ajudado a reduzir a ambiguidade (ou a sua entropia) sobre a entropia conjunta!


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Há outro ponto de vista da entropia de Shannon. Imagine que você queira adivinhar através de perguntas qual é o valor concreto de uma variável. Por simplicidade, imagine que o valor possa ter apenas oito valores diferentes , e todos são igualmente prováveis.(0,1,...,8)

A maneira mais eficiente é realizar uma pesquisa binária. Primeiro você pergunta se é maior ou menor que 4. Em seguida, compare-o com 2 ou 6 e assim por diante. No total, você não precisará de mais de três perguntas (que é o número de bits dessa distribuição concreta).

Podemos continuar a analogia para o caso de duas variáveis. Se eles não forem independentes, o conhecimento do valor de um deles o ajudará a fazer melhores suposições (em média) para a próxima pergunta (isso se reflete nos resultados apontados por omidi ). Portanto, a entropia é menor, a menos que sejam completamente independentes, onde você precisa adivinhar seus valores de forma independente. Dizer que a entropia é mais baixa significa (para este exemplo concreto) que você precisa fazer menos perguntas em média (ou seja, na maioria das vezes você fará boas suposições).


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Parece que você está pensando "se houver mais informações quando conhecidas, e mais entropia quando desconhecidas". Esta não é uma intuição correta, porque, se a distribuição é desconhecida, nem conhecemos sua entropia. Se a distribuição é conhecida, a entropia quantifica a quantidade de informação necessária para descrever a incerteza sobre a realização da variável aleatória, que permanece desconhecida (só sabemos a estrutura que circunda essa incerteza, conhecendo a distribuição). A entropia não quantifica a informação "presente" na distribuição. Pelo contrário: quanto mais informações "incluídas" na distribuição, menos informações "necessárias" para descrever a incerteza e, portanto, menosa entropia é. Considere a distribuição uniforme: contém muito pouca informação, porque todos os valores possíveis da variável são equivalentes: portanto, ela tem entropia máxima entre todas as distribuições com suporte limitado.

Quanto à Entropia Conjunta, você pode pensar da seguinte maneira: a distribuição conjunta contém informações sobre se duas variáveis ​​são dependentes ou não, além de informações suficientes para derivar as distribuições marginais. As distribuições marginais não contêm informações sobre se duas variáveis ​​aleatórias são dependentes ou independentes. Portanto, a distribuição conjunta tem mais informações e nos oferece menos incerteza em torno das variáveis ​​aleatórias envolvidas:

Mais informações incluídas na distribuição menos incerteza em torno das variáveis menos informações necessárias para descrever essa incerteza menos entropia.→→→


Thanx, isso deixa as coisas muito claras. Eu estava pensando que as correlações em uma distribuição deveriam diminuir a incerteza de um par de valores e, portanto, deve ser menor que . (X,Y)H(X,Y)H(X)+H(Y)
— user21455

Sim, essa é a essência.
— Alecos Papadopoulos
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