エントロピーは場所と規模にどのように依存しますか?


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密度関数連続分布のエントロピーは、期待値の負になるように定義されているため、等しいflog⁡(f),

Hf=−∫−∞∞log⁡(f(x))f(x)dx.

また、分布が密度ランダム変数はエントロピーがあると言います (この積分は、がゼロの場合でも明確に定義され。なぜなら、はそのような値でゼロに等しくなることができるからです。)XfHf.flog⁡(f(x))f(x)

場合及びランダム変数である(一定である)、のバージョンであると言われているだけシフト 同様に、(は正の定数)の場合、Yは\ sigmaでスケーリングされたXのバージョンと言われます。スケールとシフトを組み合わせると、Y = X \ sigma + \ muになります。XYY=X+μμYX μ.Y=XσσYX σ.Y=Xσ+μ.

これらの関係は頻繁に発生します。たとえば、Xの測定単位を変更すると、Xがシフトおよびスケーリングされます。

Y=Xσ+μのエントロピーはXのエントロピーとどのように関連していX?

回答:


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確率要素のでXであるf(x)dx,変数の変化y=xσ+μと等価であるx=(y−μ)/σ,そこから

f(x)dx=f(y−μσ)d(y−μσ)=1σf(y−μσ)dy

したがって、Yの密度は

fY(y)=1σf(y−μσ).

その結果、Yのエントロピーは

H(Y)=−∫−∞∞log⁡(1σf(y−μσ))1σf(y−μσ)dy

これは、可変バックを変更する際にx=(y−μ)/σ,生成します

H(Y)=−∫−∞∞log⁡(1σf(x))f(x)dx=−∫−∞∞(log⁡(1σ)+log⁡(f(x)))f(x)dx=log⁡(σ)∫−∞∞f(x)dx−∫−∞∞log⁡(f(x))f(x)dx=log⁡(σ)+Hf.

これらの計算では、対数の基本特性、積分の線形性、およびf(x)dxが単一性に積分されるという事実(全確率の法則)を使用しました。

結論は

エントロピーY=Xσ+μのエントロピーであるXプラスlog⁡(σ).

変数(スケーリングしながら言葉で、そのエントロピーを変更しない確率変数をシフトする、(我々はなく、これらの値が発生した場合に、確率密度の値に応じて、エントロピーを考えることができる)は、用σ≥1 "エントロピーをlog⁡(σ).増加させます)。 これは、高エントロピー分布が低エントロピー分布よりも「広がっている」という直感をサポートします。


この結果の結果として、任意の分布のエントロピーを計算するときに、μとσ便利な値を自由に選択できます。たとえば、正規(μ,σ)分布のエントロピーは、μ=0およびσ=1.設定することで見つけることができます。この場合の密度の対数は

log⁡(f(x))=−12log⁡(2π)−x2/2,

どこから

H=−E[−12log⁡(2π)−X2/2]=12log⁡(2π)+12.

従って通常のエントロピー(μ,σ)分布を追加するだけで得られるlog⁡σ与え、この結果に

H=12log⁡(2π)+12+log⁡(σ)=12log⁡(2πeσ2)

ウィキペディアによって報告されたように。

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