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バイアス付きエントロピー

pokapoka-jigokupokapoka-jigoku

野暮用でこのような量を定義したくなったので。バイアスつきエントロピーBは通常の確率分布 pに非負の実数値 \alphaをかけた変量を用いて、形式的にエントロピーを計算したもの。当然ながら、\alpha pは確率分布の特性(0 \le p \le 1,~~ \sum p = 1)を満たさない。

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通常のエントロピーS(p)との関係は:

B_{\alpha}(p) = \alpha S(p) - \alpha \ln \alpha

であるので、同じことだが:

S(p) = \frac{1}{\alpha} \left( B_{\alpha}(p) + \alpha \ln \alpha \right)

また、当然ながら:

B_1(p) = S(p)

が成り立つ。

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S(p)を固定したとき、B_\alpha(p)を極大化する\alphaが存在する:

\argmax_\alpha B_\alpha(p) = \exp (S(p) - 1)

このときの極大値は、

B_{\alpha^*}(p) = \exp (S(p) - 1) = \alpha^*

で、そのときの\alphaと一致する。

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\alphaが大きすぎると、バイアスつきエントロピーは負値を取る。\alpha > 0 のとき、

\ln \alpha > S(p) \Leftrightarrow B_\alpha(p) < 0