資訊理論 資訊量的計算

2021-10-10 00:14:28 字數 1799 閱讀 3425

夏農定義,乙個事件包含資訊量的大小由這個事件消除了多少不確定性決定

計算得出的資訊稱為 shannon information content

資訊量在某些情況下是可加的,比如:

得知乙個六面骰子投擲三次的結果所包含的資訊量,是得知投擲一次的結果的三倍

用數學表達的話,可以假設可能的結果為 r

投擲一次骰子可能產生的結果有 6 種,即 r = 6

投擲三次骰子可能產生的結果有 6

36^3

63種,即 r = 216

可以得到:

l og

b63=

3⋅lo

gb6log_b6^3=3\cdot log_b6

logb​6

3=3⋅

logb

​6如此一來,我們便得到了資訊量的表示式:

其中 r 是 u 可能產生的結果的數量

其中 b 在這個式子中並不關鍵,它只決定資訊的單位,一般為 bit 或 nat

如果將幾個不相關的事件視為乙個事件,則這個事件包含的資訊是這些不相關事件所包含資訊的和

我們將乙個事件 x 發生的概率定義為 p(x

)p(x)

p(x)

或 px

p_xpx

​則我們得知這個事件發生時獲得的資訊量為:

當兩個事件 x 和 y 不相關時:

其中 p

ip_i

pi​ 是事件 i 發生的概率

這裡我們舉乙個例子來方便理解:

圖中是一頂帽子,裡面有三顆黑球和一顆白球,我們從中隨機抽取乙個球,獲得的資訊量如下:

1. 抽到白球

抽到白球的概率是1/4

1/41/

4,因此獲得的資訊量為 log

211/

4=2b

itslog_2\frac = 2 bits

log2​1

/41​

=2bi

ts2. 抽到黑球

抽到黑球的概率是3/4

3/43/

4,因此獲得的資訊量為 log

213/

4=0.415bi

tslog_2\frac = 0.415 bits

log2​3

/41​

=0.4

15bi

ts資訊總量為二者之和,為

白球較少,抽到白球的概率小,因此抽取白球時獲得的資訊量更多

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