journey of Froakie (ケロマツの旅路)

Introduction sorry, this page is Japanese only.   今日がダイバージェンスについて書いていきます。 ちなみにエントロピーの知識を使うのでエントロピーの記事も見てあげてください。 エントロピーの記事はこちら Kullback-Leibler Divergence 二つの確率分布の平均エントロピーの差を表す値をKLダイバージェンスといいます。 式では次のように定義されます。 $$KL(P||Q) = \int_{-\infty}^{\infty} P(X) log \frac{P(X)}{Q(X)}$$ 離散の場合は $$KL(P||Q) = \sum_{i} P(X_i) log \frac{P(X_i)}{Q(X)}$$ なぜ二つの分布間の距離をこのように定義できるのでしょうか。 式の解釈 真の分布P(X)が存在するとします。しかし、有限のデータから真の分布P(X)を求めるのは難しいです。そこで、有限のデータから推定して得られた確率分布をQ(X）とします。では真の分布P(X）と推定した分布Q(X)はどれだけ違っているのでしょうか。 ここで登場するのがエントロピーです。エントロピーはその分布の不確実性を示す値でした。 エントロピーが高いほど不確かなことが起こるとゆうことです。 P(X)のエントロピーとは$-\int_{-\infty}^{\infty} logP(X)$でした。 では推定した確率分布Q(X）は確率分布P(X)に対してどれだけ不確実性を持っているのでしょうか。エントロピーとは情報量の期待値でした。確率分布Q(X）が持つ情報量は$-logQ(X)$です。この情報量を確率P(X)で期待値をとります。 式は以下のようになります。 $$-\int_{-\infty}^{\infty} P(X) logQ(X)$$ この値と真の分布のエントロピーとの差を二つの分布間の差として定義します。式では以下のようになります。 $$-\int_{-\infty}^{\infty} P(X) logQ(X) - (--\int_{-\infty}^{\infty} P(X) logP(X)))$$ これを式変形すると $$-\int_{-\infty}^{\in

Introduction sorry, this page is Japanese only.   今日はエントロピーについて書こうと思います。これは確率論や統計学で死ぬほど大事なKLダイバージェンスといものを理解するために必要な知識です。 この記事ではエントロピーについてしか書きませんが、今度KLダイバージェンスについても書こうと思います。 KLダイバージェンスの記事はこちら Entropy 直観的な話 ある事象、「例えば明日大学の講義にX分遅刻する」という事象を考えます。 この事象に対する確率がP(X)が与えられているとしましょう。P(1)は一分遅刻する確率です。この時確率分布P(X）が持つ情報量はどれだけのものかとうことを考えたいとします。 明日の講義はテストを受けるとします。そのテストを受けないと単位を落としてしまします。しかし、テスト前日はすごく寝不足としましょう。遅刻する確率が99パーセントとわかった時、ほとんどどうあがいても遅刻するのであれば単位を落とすのはほぼ確実といえます。 よって前日に徹夜で勉強するよりも、睡眠不足を解消するために寝る方がよっぽど効率的であることがわかります。しかし、遅刻をする確率が50パーセントとわかった時、前日にテスト勉強をすればよいのか、せずに睡眠をとればよいのかわかりません。このように、確率が偏っているほど何が起こるか予測しやすく、対策を立てやすいのです。遅刻する確率が99パーセントとわかる時は遅刻する確率が50パーセントとわかった時に比べて圧倒的に多いはずです。 確率P(X)に対してこの情報量のことをP(X)の 自己エントロピー といいます。 そして、自己エントロピーの期待値のことを 平均エントロピー といいます。 立式 性質 ではこの情報量を数式で表していきましょう。まず自己エントロピーには大事な性質が二つあります。それが 互いに独立な確率変数の自己エントロピーはそれぞれの情報量の和で表される。 自己エントロピーは減少関数である。 の二つです。 自己エントロピーの加法性 互いに独立な確率変数の情報慮はそれぞれの情報量の和でなければいけません。例えば「明日の講義がY分早く終わる」という事象を考えます。この確率変数Yはあなたが何分講義に遅刻しようが