18682

Условная энтропия. Энтропия сложной системы

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Условная энтропия. Энтропия сложной системы. Энтропия сложной системы. Теорема сложения энтропий На практике часто приходится определять энтропию для сложной системы полученной объединением двух или более простых систем. Под объединением двух систем и с возможн...

Русский

2013-07-08

47.76 KB

37 чел.

Условная энтропия. Энтропия сложной системы.

Энтропия сложной системы. Теорема сложения энтропий

На практике часто приходится определять энтропию для сложной системы, полученной объединением двух или более простых систем.

Под объединением двух систем  и  с возможными состояниями  понимается сложная система , состояния которой  представляют собой все возможные комбинации состояний  систем  и .

Очевидно, число возможных состояний системы  равно . Обозначим  вероятность того, что система  будет в состоянии :

Найдем энтропию сложной системы. По определению она равна сумме произведений вероятностей всех возможных ее состояний на их логарифмы с обратным знаком:

Энтропию сложной системы можно записать в форме математического ожидания:

где  - логарифм вероятности состояния системы, рассматриваемый как случайная величина (функция состояния).

Предположим, что системы  и  независимы, т. е. принимают свои состояния независимо одна от другой, и вычислим в этом предположении энтропию сложной системы. По теореме умножения вероятностей для независимых событий

,

откуда

,

или

т. е. при объединении независимых систем их энтропии складываются.

Доказанное положение называется теоремой сложения энтропий.

Если системы зависимы, то появляются условные вероятности.

- остаточная неопределенность (энтропия).

Условная энтропия. Объединение зависимых систем

Пусть имеются две системы  и , в общем случае зависимые. Обозначим  условную вероятность того, что система  примет состояние  при условии, что система  находится в состоянии : .

- условная энтропия.

Условную энтропию можно также записать в форме математического ожидания:

,

где - условное математическое ожидание величины, стоящей в скобках, при условии .

Определим среднюю, или полную, энтропию системы  с учетом того, что система может принимать разные состояния. Для этого нужно каждую условную энтропию умножить на вероятность соответствующего состояния  и все такие произведения сложить.

или - полная условная энтропия.

Внося  под знак второй суммы, получим: .

Но по теореме умножения вероятностей , следовательно,

или

Величина  характеризует степень неопределенности системы , остающуюся после того, как состояние системы  полностью определилось. Будем называть ее полной условной энтропией системы  относительно .

Определим энтропию объединенной системы через энтропию ее составных частей.

Докажем следующую теорему:

Если две системы  и  объединяется в одну, то энтропия объединенной системы равна энтропии одной из ее составных частей плюс условная энтропия второй части относительно первой:

.

Для доказательства запишем  в форме математического ожидания:

.

По теореме умножения вероятностей ,

следовательно, ,

откуда ,

что и требовалось доказать.

В частном случае, когда системы  и  независимы, , и .

В случае, когда состояние одной из систем (например ) полностью определяет собой состояние другой (),  и .

Если состояние каждой из систем  однозначно определяет состояние другой (или, как говорят, системы  и  эквивалентны), то .

Теорему об энтропии сложной системы можно распространить на любое число систем:

,

где энтропия каждой последующей системы вычисляется при условии, что состояние всех предыдущих известно.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

68078. Schulleben. Der erste Schultag 29.5 KB
  Обговорення прислів’я «Wie der Anfang so das Ende» та прислів’я «Guter Anfang ist halbe Arbeit». Was bedeutet dieses Sprichwort? Könnt ihr ein ukrainisches Äquivalent geben? Seid ihr mit dieses Sprichwort einverstanden?
68079. В гості до товариша 48.5 KB
  Любиш у гостях бувати люби й гостей приймати. Теми для обговорення: а У Оксани день народження Діти накривають святковий стіл запрошують гостей б У гості з подарунком Що дарувати і як приймати подарунки в У передпокої Як господар вітає і зустрічає гостей г Скупий і непривітний хазяїн Господар сідає...
68080. Kleidung und Mode (Одяг і мода) 47.5 KB
  Wir begrüßen Sie hier in diesem Saal. Heute haben wir einen ungewöhnlichen Abend zum Thema «Kleidung und Mode». In den Deutschstunden haben wir viel über die Kleidung gelesen, gesprochen, und verschiedene Übungen gemacht. Mode ist ein Teil unseres Lebens. Es gibt Mode auf alles: auf Kleidung, auf Handys, auf Musik usw.
68081. Методична розробка «З Перемогою!» 89 KB
  Цілі: Знайомство з героїчними сторінками історії нашої країни. Формування уявлень про військовий обов,язок і вірність Батьківщині, формування досвіду моральної поведінки особистості, спонукання інтересу до історії своєї країни. Підвищення інформаційної культури учнів
68083. Планування дій. Алгоритм 473.5 KB
  Навчальна: Розкрити зміст поняття алгоритм. Формувати в учнів уміння складати алгоритм здійснення того чи іншого процесу. Формувати в учнів уміння передбачати певний результат. Розвивальна: Розвивати вміння узагальнювати. Розвивати вміння працювати колективно.
68085. Прогулянка до лісу. Диференціація звуків л-р-л’-р’ 35.5 KB
  Мета: вчити дітей розрізняти звуки (л-р-л′-р′), автоматизувати ці звуки у зв’язному мовленні; розвивати у дітей слухову увагу, пам'ять; розвивати дрібну моторику; розвивати міміку дітей; удосконалювати мовну моторику, фонематичний слух, фонематичне сприймання, фонематичний аналіз та синтез.