量子物理跟信息技术.ppt

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量子物理跟信息技术

第2章 信息的度量 石志国 北京科技大学电子信息系 不确定性、惊讶度与信息量 在事件发生前有不确定性 在事件发生时有惊讶度 在事件发生后有信息量 当一个概率很低的随机事件发生时,会感到非常惊讶,并得到很大的信息量 比如: 9.11事件,美国纽约世贸大厦被炸 自信息量 从信息源获取信息的过程就是其不确定性缩减的过程 随机事件包含的信息与其不确定性紧密相关 在统计分析中,使用概率作为衡量不确定性的一种指标 可以推论出:随机事件包含信息的度量应是其概率的函数。 对数以及常用公式 自信息的性质 例1.自信息题目 联合自信息 条件自信息 几种自信息之间的关系 自信息量、联合自信息量、条件自信息量都满足非负性和单调递减性 三者都是随机变量、其值随着变量xi,yj的变化而变化。 三者之间有如下关系式: 例2. 自信息例题 二. 互信息量 设有两个离散的符号消息集合XY, X表示信源发出的符号消息集合 Y表示信宿接收的符号消息集合 每个符号消息相当于一个随机事件 信源发出符号消息通过信道传递给信宿 集合XY的概率空间 信源X的概率空间为: 这里p(xi)(i= 1,2,3等)是集合X中各个消息x1,x2,x3...的概率分布,又称为先验概率 信源Y的概率空间为: 这里p(Yj)(j= 1,2,3等)是集合Y中各个消息Y1,Y2,Y3...的概率分布 收信者获得的信息量 当信宿接到集合Y中的一个yj后,接收者重新估计关于信源的各个消息xi发生的概率就变成条件概率p(xi/yj),这种条件概率又称为后验概率。 收信者收到一个消息后,所获得的信息量等于收到消息前后不确定程度的减少量。 不确定程度减少的原因,是由于收到消息前后概率空间的概率分布改变所致。 不确定程度的减少量 当接收到yj后,重新估计xi的发生。收信者从不确定到比较确定或完全确定,依赖于所获得的信息量,可以直观地将它定义为:I(信息量) = 不确定程度的减少量 那么当接收者收到yj后,所获得的信息量为: 收信者所获得的信息量随先验概率的增加而减小,随后验概率的增加而增加 信息量:消除不确定性度量 互信息量等于自信息量减去条件自信息量: 从通信系统总体观察 在通信前,可以认为输入随机变量X和输出随机变量Y之间没有任何关联关系,即X,Y统计独立,根据概率的性质: 通信以后,输入随机变量X和输出随机变量Y之间由信道的统计特性相关联。 从通信系统总体观察 这样,通信后流经信道的信息量,等于通信前后不确定度的差: * 几个重要的概念: (1)自信息(量); (2)互信息(量); (3)平均自信息(量); (4)平均互信息(量); 第2章 信息的度量 2.1 自信息和互信息 2.2 平均自信息 2.3 平均互信息 2.1.1 自信息 随机事件的自信息量是该事件发生概率的函数,且满足以下公理化条件: 可以证明,满足以上公理化条件的函数形式是对数形式。 (1)取对数的底为2,单位为比特(bit) (2)取自然对数(底为e),单位为奈特(nat). 1 nat = 1.443 bit. (3)以10为底,单位为哈特莱(Hartley). 1 Hartley = 3.322 bit. (4)以r为底, 1 r进制单位 = log2 r bit. 自信息量的单位与所用对数的底有关 在现代数字通信系统中,一般采用二进制的记数方式。在信息量的计算中也多采用2为底的方式,一般默认为2为底: 自信息量的单位

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