50969

ИНФОРМАЦИОННАЯ МЕРА ШЕННОНА

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

Количество информации и избыточность. Пусть и случайные величины с множествами возможных значений Количество информации при наблюдении случайной величины с распределением вероятностей задается формулой Шеннона: Единицей измерения количества информации является бит который представляет собой количество информации получаемое при наблюдении случайной величины имеющей два равновероятных значения. При равномерном распределении количество информации задается формулой Хартли: . Имеются два источника информации алфавиты и...

Русский

2014-02-03

431 KB

3 чел.

Лекция №4

Тема: ИНФОРМАЦИОННАЯ МЕРА ШЕННОНА.

1. ИНФОРМАЦИОННАЯ МЕРА ШЕННОНА.

 1.1.  Количество информации и избыточность.

Дискретные системы связи - системы, в которых как реализации сообщения, так и реализации сигнала представляют собой последовательности символов алфавита, содержащего конечное число элементарных символов.  

Пусть  и  - случайные величины с множествами возможных значений  

Количество информации  при наблюдении случайной величины  с распределением вероятностей задается формулой Шеннона:

Единицей измерения количества информации является бит, который представляет собой количество информации, получаемое при наблюдении случайной величины, имеющей два равновероятных значения.

При равномерном распределении  количество информации задается формулой Хартли:

.

Справедливы следующие соотношения:

1)

2)  

3)  если  и  - независимы.

Избыточностью называется

Рассмотрим примеры.

 Пример 1. Имеются два источника информации, алфавиты и распределения вероятностей которых заданы матрицами:

 

Определить, какой источник дает большее количество информации, если

1)  2)

 Решение. Для первого источника при равновероятном распределении воспользуемся формулой Хартли. Для  и  имеем

Следовательно, источник с тремя символами дает большее количество информации. Для второго случая воспользуемся формулой Шеннона:

с учетом условия задачи имеем

С другой стороны,

Поскольку

  то

 Пример 2. Источник сообщений выдает символы из алфавита   с вероятностями     Найти количество информации и избыточность.

 Решение. По формуле Шеннона

(бит).

По определению избыточности

 


1.2. Энтропия непрерывных сообщений

Непрерывные системы передачи информации - системы, в которых как реализации сообщения, так и реализации сигнала на конечном временном интервале  представляют собой некоторые непрерывные функции времени.

Пусть  - реализации непрерывного сообщения на входе какого-либо блока схемы связи,  - реализация выходного сообщения (сигнала),  - плотность вероятности ансамбля входных сообщений,  - плотность вероятности ансамбля выходных сообщений

Формулы для энтропии  непрерывных сообщений получаются путем обобщения формул для энтропии дискретных сообщений. Если  - интервал квантования (точность измерения), то при достаточно малом  энтропия непрерывных сообщений

где  По аналогии

Пример 1. По линии связи передаются непрерывные амплитудно-модулированные сигналы  распределенные по нормальному закону с математическим ожиданием  и дисперсией

Определить энтропию  сигнала при точности его измерения  

 Решение. По условию плотность вероятности сигнала

Подставляя числовые значения, получаем

дв. ед.

2. УСЛОВНАЯ ЭНТРОПИЯ И ВЗАИМНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

2.1. Дисктретные системы передачи информации.

Условной энтропией величины  при наблюдении величины  называется

Справедливы соотношения:

 

Взаимной информацией величин  и  называется

Справедливы следующие соотношения:

  

 

Если  и независимы, то =0.

При расчетах условной энтропии и взаимной информации удобно пользоваться следующими соотношениями теории вероятностей:

1) теорема умножения вероятностей ;

2) формула полной вероятности  

3) формула Байеса

Рассмотрим пример.

 Пример 1. Дана матрица

,  .

Определить:      

 Решение. По формуле полной вероятности имеем:  

   

Следовательно,

 

По теореме умножения

  

  

 

Следовательно,

Аналогично

 

 

2.2. Непрерывные системы передачи информации.

 Пусть  - реализации непрерывного сообщения на входе какого-либо блока схемы связи,  - реализация выходного сообщения (сигнала),  - одномерная плотность вероятности ансамбля входных сообщений,  - одномерная плотность вероятности ансамбля выходных сообщений,  - совместная плотность вероятности,  - условная плотность вероятности

при известном  Тогда для количества информации  справедливы следующие соотношения:

 

,

 

Здесь  - взаимная информация между каким-либо значением входного и значением выходного сообщений,   - средние значения условной информации,  - полная средняя взаимная информация.

Условная энтропия определяется по формуле:

 

Когда  и  статистически связаны между собой, то

При независимых  и

Полная средняя взаимная информация определяется формулой:

Рассмотрим пример.

 Пример 1. На вход приемного устройства воздействует колебание  где сигнал  и помеха  - независимые гауссовские случайные процессы с нулевыми математическими ожиданиями и дисперсиями, равными соответственно  и

Определить: 1) количество взаимной информации  которое содержится в каком-либо значении принятого колебания  о значении сигнала  2) полную среднюю взаимную информацию

 Решение. По условию задачи  представляет собой сумму независимых колебаний  и  которые имеют нормальные плотности вероятности. Поэтому

 

1. Количество информации определяется по формуле:

 

2. Полная средняя взаимная информация:

где  - знак усреднения по множеству.

Таким образом,

дв. ед.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

73920. Підприємець – не обов’язково лідер 196.5 KB
  Вже минуло більш як два з половиною століття з тих часів, як економісти та соціологи почали систематично розглядати діяльність підприємців, але й досі не існує єдиного загальноприйнятого визначення підприємця. Тож чи дивно, що науковці не накреслили і загальноприйнятого образу підприємця.
73921. Гроші – це лише символ, реальна вартість полягає у виробленому товарі 60 KB
  Вартість грошей як товару. Відносна вартість трансакційних грошей. Вартість грошей що нагромаджуються. Подруге критично проанілізувати в чому полягає реальна вартість грошей і якщо у виробленому товарі то чому саме так.
73923. The critique of modern democracy. Alternatives: participatory approach 44 KB
  In modern world we can often here such an expression as “democratical processes”. In general it is used with undoubted positive illumination, promoted like panacea in the field of political organization of the society.
73924. Вартість та оптимізація структури капіталу 111.5 KB
  Капітал є однією з фундаментальних економічних категорій, сутність якої наукова думка досліджує протягом багатьох століть. Серед основних харектеристик, які формують економічну сутність капіталу, слід виділити...
73925. УПРАВЛІННЯ ІНВЕСТИЦІЯМИ 311 KB
  Оцінка ефективності інвестиційних проектів. Тому передусім слід відзначити помилковість віднесення до форм інвестицій реінвестиції які характеризують не обєкт вкладення капіталу а процес використання доходу отриманого від інвестиційних операцій у процесі реінвестицій згідно з цим же законом інвестиційний доход може бути використано на здійснення як капітальних так і фінансових інвестицій.
73926. Аналіз фінансових звітів 462.5 KB
  Аналіз ліквідності та фінансової стійкості підприємства. Аналіз прибутковості підприємства. При вивченні теми про аналіз фінансових звітів необхідно приділити увагу сутності цілям та задачам аналізу фінансового стану підприємства. Для забезпечення якісного та детального аналізу фінансових звітів необхідно оволодіти загальними концептуальнометодичними принципами підходів і трактовок фінансового стану підприємства.
73927. ВНУТРІШНЬОФІРМОВЕ ФІНАНСОВЕ ПРОГНОЗУВАННЯ ТА ПЛАНУВАННЯ 442.5 KB
  Фінансова стратегія підприємства. Прогнозування показників фінансової звітності підприємства. Головна мета фінансового плану підприємства полягала у виявленні невикористаних ресурсів і визначенні суми платежів у бюджет величина якої відповідала перевищенню доходів підприємства над його витратами. За ринкової економіки значно підвищується матеріальна відповідальність керівника підприємства за його фінансовий стан.
73928. Антикризове фінансове управління підприємством 138.5 KB
  Необхідність оволодіння основами антикризового фінансового управління зумовлена тим що в умовах ринкової економіки підприємства здійснюють свою фінансовогосподарську діяльність знаходячись під постійним впливом несприятливих внутрішніх та зовнішніх чинників які можуть призвести до фінансової кризи та банкрутства.