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信息量

1.什么是信息量

信息量是源于通信領(lǐng)域而逐漸普及成為大眾與媒體頻繁使用的一個(gè)詞。假如你從未到過(guò)智庫(kù)百科,也沒(méi)有看過(guò)或聽(tīng)過(guò)任何有關(guān)智庫(kù)百科的有關(guān)介紹,那么智庫(kù)百科對(duì)你來(lái)說(shuō)就是一個(gè)“未知數(shù)”,存在著所謂“不確定性”(uncertainty)。一旦你到過(guò)智庫(kù)百科,你就能了解到智庫(kù)百科的具體情況——“信息”?!靶畔ⅰ睂湍阒饾u解開(kāi)頭腦中的疑團(tuán),消除你對(duì)“智庫(kù)百科”認(rèn)識(shí)上的不確定性,并由不確定性變成較為確定或確定。如獲得的“信息”越多,你對(duì)“智庫(kù)百科”的了解就越全面。當(dāng)你到過(guò)智庫(kù)百科以后對(duì)它的了解越多,說(shuō)明它的信息量就越大。

2.信息量的計(jì)算

如何計(jì)算信息量的多少?在日常生活中,極少發(fā)生的事件一旦發(fā)生是容易引起人們關(guān)注的,而司空見(jiàn)慣的事不會(huì)引起注意,也就是說(shuō),極少見(jiàn)的事件所帶來(lái)的信息量多。如果用統(tǒng)計(jì)學(xué)的術(shù)語(yǔ)來(lái)描述,就是出現(xiàn)概率小的事件信息量多。因此,事件出現(xiàn)得概率越小,信息量愈大。即信息量的多少是與事件發(fā)生頻繁(即概率大小)成反比。

  1.如已知事件Xi已發(fā)生,則表示Xi所含有或所提供的信息量

  H(Xi) = ? logaP(Xi)

  例題:若估計(jì)在一次國(guó)際象棋比賽中謝軍獲得冠軍的可能性為0.1(記為事件A),而在另一次國(guó)際象棋比賽中她得到冠軍的可能性為0.9(記為事件B)。試分別計(jì)算當(dāng)你得知她獲得冠軍時(shí),從這兩個(gè)事件中獲得的信息量各為多少?

      H(A)=-log2 P(0.1)≈3.32(比特)

      H(B)=-log2 P(0.9)≈0.152(比特)

  2.統(tǒng)計(jì)信息量的計(jì)算公式為:

H(X)=-sum^{n}_{i=1}P(Xi)log P(Xi)

Xi —— 表示第i個(gè)狀態(tài)(總共有n種狀態(tài));

P(Xi)——表示第i個(gè)狀態(tài)出現(xiàn)的概率;

H(X)——表示用以消除這個(gè)事物的不確定性所需要的信息量。

  例題:向空中投擲硬幣,落地后有兩種可能的狀態(tài),一個(gè)是正面朝上,另一個(gè)是反面朝上,每個(gè)狀態(tài)出現(xiàn)的概率為1/2。如投擲均勻的正六面體的骰子,則可能會(huì)出現(xiàn)的狀態(tài)有6個(gè),每一個(gè)狀態(tài)出現(xiàn)的概率均為1/6。試通過(guò)計(jì)算來(lái)比較狀態(tài)的不肯定性與硬幣狀態(tài)的不肯定性的大小。

H(硬幣)= -sum^{n}_{i=1}P(Xi)log P(Xi)

= -(2×1/2)×logP2(1/2)≈1(比特)

H(骰子)= -sum^{n}_{i=1}P(Xi)log P(Xi)

= -6×(1/6)×logP2(1/6)≈2.6(比特)

  由以上計(jì)算可以得出兩個(gè)推論:

  [推論1] 當(dāng)且僅當(dāng)某個(gè)P(Xi)=1,其余的都等于0時(shí), H(X)= 0。

  [推論2]當(dāng)且僅當(dāng)某個(gè)P(Xi)=1/n,i=1, 2,……, n時(shí),H(X)有極大值log n。

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