Odwrotność do nierówności Fano?


10

Nierówność Fano można wyrazić w wielu formach, a jedna szczególnie przydatna wynika (z niewielką modyfikacją) Oded Regev :

Niech X będzie zmienną losową, a Y=g(X) gdzie g(⋅) jest procesem losowym. Załóżmy, że istnieje procedura f która dla y=g(x) może zrekonstruować x z prawdopodobieństwem p . Następnie

I(X;Y)≥pH(X)−H(p)

Innymi słowy, jeśli uda mi się zrekonstruować, w systemie jest wiele wzajemnych informacji.

Czy istnieje „rozmowa” z nierównością Fano: coś z formy

„Biorąc pod uwagę kanał z wystarczającą ilością wzajemnych informacji, istnieje procedura rekonstrukcji danych wyjściowych z błędem, który zależy od wzajemnej informacji”

Byłoby zbyt wiele, aby oczekiwać, że ta procedura byłaby również skuteczna, ale byłoby również interesujące zobaczyć (naturalne) przykłady, w których rekonstrukcja istnieje, ale musi być nieefektywna.

Odpowiedzi:


12

P(y)yxPr[X=x∣Y=y]maxxPr[x∣Y=y]2−H∞(X|Y=y)H∞(X∣Y=y)XY=yH∞(X)≤H1(X)H1(X)XH∞(X|Y=y) pod względem wzajemnej informacji .I(X:Y)

Napisz . Używając wspomnianej wyżej nierówności, lub .I(X:Y)=H(X)−H(X|Y)=H(X)−Ey[H(X∣Y=y)]I(X:Y)≤H(X)−Ey[H∞(X∣Y=y)]Ey[H∞(X∣Y=y)]≤H(X)−I(X:Y)

Prawdopodobieństwo, że procedura się powiedzie, gdy i są wybierane losowo, to , co według wklęsłości wynosi co najmniej . Zatem prawdopodobieństwo powodzenia procedury wynosi co najmniej .XYEy[2−H∞(X∣Y=y)]2−Ey[H∞(X∣Y=y)]2I(X:Y)−H(X)

Ta procedura jest optymalna: biorąc pod uwagę dowolną procedurę losowości , prawdopodobieństwo powodzenia wynosi , który jest zmaksymalizowany punktowo, gdy deterministycznie wyprowadza najbardziej prawdopodobne .PEy[∑xPr(X=x∣Y=y)Pr(P(y)=x)]P(y)x


1
Czy istnieje więc stwierdzenie ilościowe, które jest odwrotnością nierówności Fano wynikającej z tego argumentu?
— mobius dumpling

Co rozumiesz przez ilościowy? Argument, który podałem powyżej, powinien brzmieć: „Biorąc pod uwagę kanał z wzajemną informacją , istnieje procedura rekonstrukcji z błędem co najwyżej ”. I(X:Y)1−2I(X:Y)−H(X)
— Henry Yuen,

2

Dobra odpowiedź i dowód. Tak więc granicę w odpowiedzi można również przepisać ponieważ z definicji. Zgodnie z moją najlepszą wiedzą pojawiło się to w IEEE ISIT 1994, w przemówieniu Baumera.

perr≤1−2I(X;Y)−H(X)=1−2−H(X|Y),(1)
I(X;Y)=H(X)−H(X|Y)

W podobny sposób można uzyskać gdzie jest entropia Renyi rzęduTutaj więc granica (2) jest ciaśniejsza niż (1).

perr≤1−∑y∈YPY(y)2−H2(X|Y),(2)
Hα(Z)=11−α(∑z∈ZPZ(z)α)
α∈(0,1)∪(1,∞).α=2,
Korzystając z naszej strony potwierdzasz, że przeczytałeś(-aś) i rozumiesz nasze zasady używania plików cookie i zasady ochrony prywatności.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.