统计信号处理基础 习题解答10-15

题目

对随机变量的随机性的一个度量是它的熵（entropy），熵定义为：

如果，求这个熵，并说明它与PDF集中度的关系。观察到数据后，后验PDF的熵可以确定为：

且它应该比小。因此，通过观察得到的信息的度量是：

证明。在什么条件下，?

提示：把表示为：

另外，对于PDF , ，需要不等式：

当且仅当时，等式成立。

解答：

所以：

因此：

所以：

最终得到：

由题目条件，PDF约集中，也即是越小，此时对应的也就越小。换句话说，熵大的信号，具有较大的，或者越随机。

接下来求条件概率下的信息度量，因为：

所以：

其中利用

所以，当为概率密度，且也非负时，得到

而上式积分为零的条件得到：

也就表示此时和独立，此时，也就是后验概率和先验概率一致，此时没有提供额外的信息。

另外一个维度，如果，此时，也即是此时一定比小，换句话说，估计的就越集中，也就是MMSE估计量具有更小的方差。