Протилежність нерівності Фано?


10

Нерівність Фано може бути викладена в багатьох формах, і одна особливо корисна пов'язана (з незначною модифікацією) Одеда Регева :

Нехай X - випадкова величина, і Y=g(X) де g(⋅) - випадковий процес. Припустимо існування процедури f яка при y=g(x) може реконструювати x з ймовірністю p . Тоді

I(X;Y)≥pH(X)−H(p)

Іншими словами, якщо я можу реконструювати, в системі багато взаємної інформації.

Чи є "зворотна" нерівність Фано: щось із форми

"Враховуючи канал з достатньою взаємною інформацією, існує процедура реконструкції вводу з виводу з помилкою, що залежить від взаємної інформації"

Було б занадто очікувати, що ця процедура також буде ефективною, але також було б цікаво побачити (природні) приклади, де реконструкція існує, але повинна бути неефективною.

Відповіді:


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) з точки зору взаємної інформації .I(X:Y)

Запишіть . Використовуючи вищезгадану нерівність, , або .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)

Ймовірність успіху процедури, коли та обрані випадковим чином, є , що за увігнутістю становить щонайменше . Таким чином, ймовірність успішної процедури становить щонайменше .XYEy[2−H∞(X∣Y=y)]2−Ey[H∞(X∣Y=y)]2I(X:Y)−H(X)

Ця процедура є оптимальною: враховуючи будь-яку процедуру випадковості , ймовірність успіху - , яка є максимальною точково, коли детерміновано виводить найімовірніший .PEy[∑xPr(X=x∣Y=y)Pr(P(y)=x)]P(y)x


1
Отже, чи існує кількісне твердження, яке є суперечкою нерівності Фано, що випливає з цього аргументу?
— mobius dumpling

Що ви маєте на увазі під кількісним? Аргумент, який я наводив вище, повинен говорити: "Враховуючи канал із взаємною інформацією , існує процедура реконструкції з помилкою не більше ." I(X:Y)1−2I(X:Y)−H(X)
— Генрі Юен

2

Приємна відповідь і доказ. Отже, обмежений у вашій відповіді також може бути переписаний оскільки за визначенням. Це, як мені відомо, з'явилося в IEEE ISIT 1994, в розмові Баумера.

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

У подібному руслі можна отримати , де є ентропія Ренея порядкуТут тому пов'язана (2) є більш жорсткою, ніж (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,
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.