A l'inverse de l'inégalité de Fano?


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L'inégalité de Fano peut être exprimée sous de nombreuses formes, et une particulièrement utile est due (avec une modification mineure) à Oded Regev :

Soit une variable aléatoire, et soit où est un processus aléatoire. Supposons l'existence d'une procédure qui, avec puisse reconstruire avec une probabilité . Alors Y = g ( X ) g ( ) f y = g ( x ) x p I ( X ; Y ) p H ( X ) - H ( p )XY=g(X)g()fy=g(x)xp

I(X;Y)pH(X)H(p)

En d'autres termes, si je peux reconstruire, il y a beaucoup d'informations mutuelles dans le système.

Y a-t-il une "réciproque" à l'inégalité de Fano: quelque chose de la forme

"Étant donné un canal avec suffisamment d'informations mutuelles, il existe une procédure pour reconstruire l'entrée à partir de la sortie avec une erreur qui dépend des informations mutuelles"

Il serait excessif de s'attendre à ce que cette procédure soit également efficace, mais il serait également intéressant de voir des exemples (naturels) où la reconstruction existe mais doit être inefficace.

Réponses:


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Considérons la procédure de reconstruction : étant donné , la sortie telle que est maximisée. La probabilité de cette procédure est . C'est aussi , où est l' entropie min de la variable aléatoire conditionnée à . Nous savons que , où est l'entropie de Shannon norme de la variable aléatoire . Il ne nous reste plus qu'à borne supérieureP(y)yxPr[X=xY=y]maxxPr[xY=y]2H(X|Y=y)H(XY=y)XY=yH(X)H1(X)H1(X)XH(X|Y=y)en termes d'informations mutuelles .I(X:Y)

Écrivez . En utilisant l'inégalité mentionnée ci-dessus, , ou .I(X:Y)=H(X)H(X|Y)=H(X)Ey[H(XY=y)]I(X:Y)H(X)Ey[H(XY=y)]Ey[H(XY=y)]H(X)I(X:Y)

La probabilité que la procédure réussisse lorsque et sont choisis au hasard est , qui par concavité est d'au moins . Ainsi, la probabilité que la procédure réussisse est d'au moins .XYEy[2H(XY=y)]2Ey[H(XY=y)]2I(X:Y)H(X)

Cette procédure est optimale: pour toute procédure aléatoire , la probabilité de succès est , qui est maximisé au niveau du point lorsque génère de manière déterministe le le plus probable .PEy[xPr(X=xY=y)Pr(P(y)=x)]P(y)x


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Alors, y a-t-il un énoncé quantitatif qui est l'inverse de l'inégalité de Fano qui découle de cet argument?
mobius dumpling

Qu'entendez-vous par quantitatif? L'argument que j'ai donné ci-dessus devrait dire: "Étant donné un canal avec des informations mutuelles , il existe une procédure de reconstruction avec une erreur au plus ." I(X:Y)12I(X:Y)H(X)
Henry Yuen

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Belle réponse et preuve. Ainsi, la limite de votre réponse peut également être réécrite puisque par définition. Cela est apparu dans IEEE ISIT 1994, dans une conférence de Baumer, à ma connaissance.

perr12I(X;Y)H(X)=12H(X|Y),(1)
I(X;Y)=H(X)H(X|Y)

Dans la même veine, on peut obtenir où est l'entropie Renyi d'ordreIci, donc la borne (2) est plus serrée que (1).

perr1yYPY(y)2H2(X|Y),(2)
Hα(Z)=11α(zZPZ(z)α)
α(0,1)(1,).α=2,
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