如何将香农熵公式应用于 4 面骰子?

机器算法验证 机器学习
2022-03-23 20:39:03

我遇到了通过公式计算熵:

Entropy(p)=i=1Npilog2(pi)

参考这个公式,例如,我将如何计算一个公平的 4 面骰子的熵?

我假设 1/4 将是“p”,而“i”将是索引?

3个回答

每个结果的分布将是,即对于每个这产生[1/4,1/4/,1/4,1/4]pi=1/4i{1,2,3,4}

H(p)=4×14×log214=2

正如评论中所指出的,N 面公平骰子的答案是 : logN

H(p)=i=1N1Nlog1N=log1N=logN

这对于任何基数的日志都是如此,具体取决于所使用的熵定义。在这个特定的问题中,它是 base2

种不同的等可能可能性的情况下,不仅公式减少到 (如果我们专门讨论以比特测量的熵) ,而且不同概率的公式来自同样可能的情况,而不是相反。香农熵是平均指定状态所需的位数。如果所有状态的可能性相同,我们可以去掉“平均”部分。然后我们有位可以指定个状态,或者位需要指定个状态。指定logNlog2NNS2Slog2NN4不同的状态可以清楚地用位来完成;不同位二进制数。242

至于概率不同的情况,假设我们有一个的状态和两个的状态。然后我们可以为第一个状态分配标签和其他两个状态一半的时间我们使用位,一半的时间我们使用位,所以我们有位的熵。当概率不是的幂时会更复杂,但我们仍然可以在极限中给出类似的计算。也就是说,如果我们有一个长度为的字符串,由独立的随机字母组成,并且单个字母的熵为p=0.5p=0.2501011121.52lS,那么我们可以平均表示少于位的字符串,并且每个字母的位在限制中S(l+1)S

总和是所有可能结果的总和,是每个结果的概率。有 4 个结果,所以总和将超过每一个 - 也就是说,将代表骰子的一个面,而将是骰子在那个面朝上的情况下落地的概率. 对于一个公平的骰子,那将是然后你是对的,熵将是或 2 位。piipi144(14lg14)=lg4