엔트로피는 위치와 규모에 어떻게 의존합니까?


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밀도 함수 를 갖는 연속 분포 의 엔트로피 는 의 기대 값과 동일하지 않으므로 다음과 같습니다.flog⁡(f),

Hf=−∫−∞∞log⁡(f(x))f(x)dx.

또한 분포가 밀도 갖는 임의의 변수 는 엔트로피 갖는다 고 (이 적분은 가 그러한 값에서 0이 될 수 있기 때문에 에 0이있는 경우에도 잘 정의 됩니다.)XfHf.flog⁡(f(x))f(x)

되면 및 있는 랜덤 변수 ( 상수이다), 버전 것으로 알려져 어긋나게 마찬가지로 ( 는 양의 상수) 인 경우 는 의해 크기가 조정 된 버전이라고합니다스케일과 시프트를 결합하면XYY=X+μμYX μ.Y=XσσYX σ.Y=Xσ+μ.

이러한 관계는 자주 발생합니다. 예를 들어, 의 측정 단위를 변경하면 크기가 이동하고 크기가 조정됩니다.X

의 엔트로피는 의 엔트로피와 어떤 관련이Y=Xσ+μX?

답변:


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확률 요소 때문에 인 변수의 변화 동등 어디서부터Xf(x)dx,y=xσ+μx=(y−μ)/σ,

f(x)dx=f(y−μσ)d(y−μσ)=1σf(y−μσ)dy

그것의 밀도 것을 다음 인Y

fY(y)=1σf(y−μσ).

결과적으로 의 엔트로피 는Y

H(Y)=−∫−∞∞log⁡(1σf(y−μσ))1σf(y−μσ)dy

변수를 다시 하면x=(y−μ)/σ,

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.

이 계산은 로그의 기본 속성, 적분의 선형성 및 가 단일성 (총 확률 법칙)으로 통합 된다는 사실을 사용했습니다 .f(x)dx

결론은

엔트로피 의 엔트로피 플러스Y=Xσ+μXlog⁡(σ).

즉, 임의 변수를 이동해도 엔트로피는 변경되지 않지만 (우리는 확률 밀도 값에 따라 엔트로피를 생각할 수 있지만 해당 값이 발생하는 위치는 아닌 것으로 생각할 수 있음) 변수를 스케일링하는 동안 ( "스트레치"또는 "번짐"은 만큼 엔트로피를 증가시킵니다 이것은 높은 엔트로피 분포가 낮은 엔트로피 분포보다 "더 널리 퍼져"있다는 직감을 지원합니다.σ≥1log⁡(σ).


이 결과로 분포의 엔트로피를 계산할 때 편리한 및 값을 자유롭게 선택할 수 있습니다 . 예를 들어, 및 을 설정 하면 정규 분포 의 엔트로피를 찾을 수 있습니다이 경우 밀도의 로그는μσ(μ,σ)μ=0σ=1.

log⁡(f(x))=−12log⁡(2π)−x2/2,

어떻게

H=−E[−12log⁡(2π)−X2/2]=12log⁡(2π)+12.

결과적 으로이 결과에 를 추가 하여 정규 분포 의 엔트로피를 얻습니다.(μ,σ)log⁡σ

H=12log⁡(2π)+12+log⁡(σ)=12log⁡(2πeσ2)

Wikipedia에 의해보고 된대로 .

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