“联合熵把同一定义施于随机变量元组,条件熵描述获得侧信息后的剩余不确定性,互信息描述减少量。这三者的链式恒等式构成后续信息不等式的代数基础。”
形式陈述
设离散随机变量
对每个
链式法则以扩展非负数的等式成立:
对
其中
直觉
要描述一对结果,可以先描述
链式法则的证明机制
在
对联合分布取期望,第一项边缘化成
例子与边界
可复算例:相关比特
令联合质量表为
两个边缘都均匀,所以
链式法则给
边界与失败情形
对有限熵的离散变量,
左侧来自条件熵非负,右侧来自条件化平均不增熵。若
推论与应用
联合熵把熵扩展到随机向量;条件熵是链式法则中的新增成本,互信息则可写成
(相关熵有限时)。多变量链式法则用于相关信源压缩、联合典型性、网络信息论和秘密共享中的熵论证;每一步都必须保留条件变量的次序与联合分布,不能只凭边缘熵重建依赖关系。
参考资料
- Thomas M. Cover and Joy A. Thomas, Elements of Information Theory, 2nd ed., Wiley, 2006, §§2.1–2.5.
- Claude E. Shannon, “A Mathematical Theory of Communication,” Bell System Technical Journal 27, 1948, Part I, §§6–8.
- David J. C. MacKay, Information Theory, Inference, and Learning Algorithms, Cambridge University Press, 2003, §2.4.