一道关于马尔可夫链的习题求解-化简互信息

问题描述:设X1X2X3……Xn构成马尔科夫链,即设

p(x1,x2,……,xn)=p(x1)p(x2|x1)……p(xn|xn-1)

试将I(X1;X2,……,Xn)简化到最简单形式。

解:由互信息的链式法则和熵的链式法则,得

I(X1;X2,……,Xn)=H(Xn,Xn-1,Xn-2,……,X2)-H(Xn,Xn-1,Xn-2,……X2|X1)

=-

=

=I(X2;X1)+I(X3;X1|X2)+……+I(Xn;X1|X2,X3,……,Xn-1)

因为H(Xi|Xi-1,Xi-2,……,X2)-H(Xi|Xi-1,Xi-2,……X2,X1)

=-……

-(-……

所以当i=2时,

I(X1:X2)=H(X2)-H(X2|X1)

=-+

=-+

=

==I(X1;X2)

因为当n>=i>=3时,X1X2X3……Xn构成马尔科夫链,则应有

p(xi|xi-1,……,x1)=p(xi|xi-1),p(xi|xi-1,……,x2)=p(xi|xi-1),(3<=i且i<=n)

所以i>=3时,有

H(Xi|Xi-1,Xi-2,……,X2)-H(Xi|Xi-1,Xi-2,……X2,X1)

=-……

-(-……

=-……

-(-……

=-……

-(-……

=0=I(Xi;X1|X2,X3,……,Xi-1)

所以

I(X1;X2,……,Xn)=I(X1;X2)+I(X3;X1|X2)+……+I(Xn;X1|X2,X3,……,Xn-1)

=I(X1;X2)+0+……+0

=I(X1;X2)

所以综合上述,I(X1;X2,X3,……,Xn)=I(X1;X2).

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