熵学习笔记

来源:互联网 发布:mv免费下载软件 编辑:程序博客网 时间:2024/06/01 07:23
微观状态等概率原理:
假设有5枚硬币,每一枚硬币要么正面(1)朝上要么反面朝上(0),“00010”就是一个微观状态,每个硬币有(0、1)两种可能,于是一共有“2的5次方=32种”可能。
注意,记录微观状态的时候,“00010”和“00100”是两种不同的状态。

全同粒子原理:
由于这些硬币宏观上是不能被区分的,于是“00010”和“00100”这两种微观状态,对应于同一种宏观状态——即:1个正面4个反面——可以数出来,
这种宏观状态出现的概率(记做:P=5/32)(也叫做微观状态数为5)。

微观状态等概率分布;宏观状态呈二项分布,当硬币很多很多的时候,就过渡到宏观状态的高斯分布。高斯分布特点是两边概率很小,中间概率很大。
当硬币非常非常多的时候,中间一小块区域的概率近乎于100%。也就是说,中间的那些宏观状态,拥有的微观状态数(记做:W)非常大。

熵的统计学定义就是:某个宏观状态的微观状态数,取对数(S=lnW)。可以看得出来,熵越大的宏观状态,具有越大的出现概率。

熵增:
1、这无数多个硬币,不是躺在桌子上的,而是在时常地跳动,对于某个硬币来说,它一会儿正面一会儿反面。但是对于所有硬币这个整体,它基本上是50%正面和50%反面。
2、如果在某一时刻,你强行让所有硬币都是正面(此宏观状态的微观状态数为1,熵最小),但是你阻止不了它跳动,这些硬币很快就会“演化成”熵最大的宏观状态,是谓熵增。
正是熵增定律,解释了一切事物都是从有序趋向无序,也就说宇宙也是从有序走向无序。当事物变得无序(disorder)时,信息量(熵)就增加


熵与概率的关系

计算公式:H(X) = -p(x)log2(p(x))-(1-p(x))log2(1-p(x))


可以看到当概率为0.5时,熵最大。越确定(deterministic)的事件的熵越低,越随机(probabilistic)的事件的熵越高。
香农熵:H(X) = -(p1(x)logp1(x)+p2(x)logp2(x)+...+pn(x)logpn(x)),其中H(X)是熵,X是离散随机变量,pi(x)指pi(X=x)的概率。log的基底可以变化。一般会用自然底数e,单位是nat。用2为底数时,单位是bit。

生命要在这个随机变化的世界中生存,它就需要知道如何根据环境变化做出相应的行动来避免毁灭。把不确定的环境转换成确定的行动。会将无序的事物重新整理到有序的状态。生物仅仅活着就需要减熵,否则就会被不确定性会消灭。熵增意味着信息量越来越巨大,生物必须能够压缩这些不确定的信息并记住信息是如何被压缩的。
压缩信息的方法就是知识。







参考:
https://www.zhihu.com/question/24053383
http://blog.csdn.net/haluoluo211/article/details/53033429
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