Abstract Methods in Information Theory

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出版者:
作者:Kakihara, Yuichiro
出品人:
页数:220
译者:
出版时间:1999-9
价格:166.00元
装帧:
isbn号码:9789810237110
丛书系列:
图书标签:
  • 信息论
  • 抽象方法
  • 数学基础
  • 算法
  • 编码理论
  • 通信理论
  • 随机过程
  • 计算复杂性
  • 理论计算机科学
  • 信息处理
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具体描述

Information Theory is studied from the following view points: (1) the theory of entropy as amount of information; (2) the mathematical structure of information sources (probability measures); and (3) the theory of information channels. Shannon entropy and Kolmogorov-Sinai entropy are defined and their basic properties are examined, where the latter entropy is extended to be a linear functional on a certain set of measures. Ergodic and mixing properties of stationary sources are studied as well as AMS (asymptotically mean stationary) sources. The main purpose of this book is to present information channels in the environment of real and functional analysis as well as probability theory. Ergodic channels are characterized in various manners. Mixing and AMS channels are also considered in detail with some illustrations. A few other aspects of information channels including measurability, approximation and noncommutative extensions, are also discussed.

《信息论中的抽象方法》 本书深入探讨了信息论的核心概念,并着重于其在现代科学和工程领域中的抽象化和普遍化应用。我们不再局限于经典的通信系统模型,而是将信息论的原理置于更广泛的数学和计算框架下进行审视。 第一部分:信息度量的基础与泛化 本部分从信息论的基石——信息量和熵——出发,逐步引入更抽象的度量方式。我们首先回顾香农熵、条件熵、互信息等基本概念,并深入分析它们在概率空间上的严格定义。随后,我们将视野拓展到非概率模型,介绍相对熵(Kullback-Leibler散度)的性质及其在不同度量空间中的应用,例如在统计推断、机器学习中的模型比较以及信息几何等领域。 信息量与概率分布: 详细阐述信息量与事件发生概率之间的负对数关系,并引入多种概率分布(如伯努利分布、高斯分布、泊松分布)下的信息量计算。 香农熵的性质与扩展: 深入分析香农熵的非负性、最大值性质、叠加性等,并探讨其在信息源编码、数据压缩等方面的理论意义。 条件熵与互信息的依赖性度量: 阐明条件熵如何衡量给定一个随机变量后另一个随机变量的不确定性,以及互信息作为一种对称的依赖性度量,其在特征选择、因果发现等方面的作用。 相对熵及其信息几何视角: 详细介绍相对熵的非对称性,以及它在概率分布族之间距离衡量中的重要性。我们将引入信息流形的概念,并讨论度量张量等工具,展示信息论度量在几何空间的直观表达。 第二部分:信道容量的抽象框架 信道容量是信息论的核心成果之一,本书将从更抽象的角度来理解这一概念。我们不仅讨论离散内存less信道,还将探讨连续信道、有损信道以及更复杂的信道模型。重点在于理解信道容量作为信息传输上限的普遍性,以及其在不同场景下的计算和逼近方法。 信道模型与数学描述: 引入随机映射、概率转移矩阵等工具,精确描述各种信道的数学模型,包括二元对称信道、高斯白噪声信道等。 信道容量的定义与存在性: 严格证明信道容量的存在性,并详细阐述其与最大互信息的关系。 离散信道的容量计算: 介绍各种离散信道(如加性噪声信道、乘性噪声信道)的容量计算方法,包括通过最大化互信息来实现。 连续信道的容量: 探讨连续信道(如加性高斯白噪声信道)的容量计算,引入高斯分布作为最大化互信息的分布。 容量与编码理论的联系: 讨论信道编码定理的意义,以及实际编码技术如何逼近信道容量。 第三部分:信息论在机器学习与统计推断中的应用 信息论提供了一套强大的工具来分析和设计机器学习模型。本部分将深入探讨信息论在参数估计、模型选择、特征选择、深度学习等方面的应用。 贝叶斯推断与信息论: 阐述贝叶斯信息准则(BIC)和赤池信息准则(AIC)等模型选择准则,并分析它们与信息论之间的内在联系。 最大熵原理: 探讨最大熵原理如何指导我们在信息不完整的情况下构建最“无偏”的概率模型,并举例说明其在图像重建、自然语言处理等领域的应用。 信息论在特征选择中的作用: 详细介绍互信息、信息增益等度量在特征选择中的应用,以及如何利用信息论原理来评估特征与目标变量之间的相关性。 深度学习与信息论: 讨论信息瓶颈理论,解释深度神经网络如何通过最小化输入与隐藏层之间的互信息来学习数据的压缩表示。同时,探讨变分推断在生成模型中的信息论解释。 因果发现与信息论: 介绍基于信息论的因果发现方法,如Granger因果关系检验以及利用条件互信息来识别变量之间的因果方向。 第四部分:信息论的计算理论与复杂性 信息论不仅仅是关于概率和通信,它也深刻地影响着计算理论。本部分将探讨信息论与计算复杂度、算法设计之间的关系。 信息论在算法分析中的应用: 讨论如何使用信息论概念来分析算法的渐近性能,例如信息论下界对于特定计算任务的重要性。 信息论与数据压缩的计算复杂度: 探讨最优数据压缩算法的计算复杂度,以及信息论界限如何指导设计更高效的压缩方案。 分布式信息论: 介绍分布式信息论的概念,以及在分布式系统(如传感器网络、分布式存储)中,信息传输与计算的权衡问题。 量子信息论的初步接触: 简要介绍量子信息论的基本概念,如量子比特、量子纠缠、量子熵等,并阐述其与经典信息论的联系与区别,以及其在量子计算、量子通信领域的潜力。 本书旨在为读者提供一个关于信息论的全面而深刻的理解,使其能够将信息论的强大分析工具应用于各种科学和工程问题,并为未来的研究和创新奠定坚实的基础。我们鼓励读者跳出传统的框架,用抽象的视角去发现信息论在不同领域中无处不在的深刻洞见。

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读后感

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用户评价

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总的来说,这本书给我的感觉是“慢热”但“后劲十足”。它不迎合快餐式的学习需求,那些期望在半天内掌握核心思想的读者可能会很快放弃。但是,对于那些愿意花费时间去咀嚼每一个论证的读者来说,这本书的回报是巨大的。书中对信息论早期历史人物思想的引用非常丰富,而且往往能捕捉到那些被主流教材忽略的、最具启发性的侧面。例如,作者对某些早期关于“噪声信道编码定理”非正式讨论的重构,揭示了香农本人在建立理论体系时的思维挣扎与突破。这使得整个理论体系仿佛拥有了生命和历史的厚重感。我特别欣赏作者在处理那些被认为是“已解决”的问题时所展现出的那种持续的怀疑精神,他似乎在暗示,信息论的疆域远未被完全探索,我们当前所掌握的工具,可能只是冰山一角。这种永不满足于现状的研究态度,深深地感染了我,让我对未来的研究方向也产生了更广阔的想象空间。这是一本需要被反复阅读、并随着读者自身知识积累而不断“刷新”其意义的经典之作。

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这本书最让我感到震撼的地方,在于它对信息论在现代技术领域应用的反思。它并没有把信息论仅仅视为通信和编码的工具,而是将其提升到了一个关于“可计算性”和“知识边界”的讨论层面。书中对因果推理和信息论交叉点的那几章内容,简直是神来之笔。作者巧妙地引入了贝叶斯网络的一些概念,但很快就将其提升到更基础的、关于信息传递路径不可逆性的探讨上。这种对理论工具进行“溯源”式的批判性审视,是我在其他信息论著作中很少看到的。它迫使我重新审视自己对于“确定性”和“随机性”的理解。书中关于“最小描述长度”原则的论述,清晰地展示了奥卡姆剃刀如何被严密地数学化和信息论化,这不仅仅是一个工程上的优化准则,更是一种深刻的认识论立场。尽管这本书的数学严谨性毋庸置疑,但作者始终没有忘记将读者拉回到现实世界的问题——我们如何用有限的信息去理解无限的世界?这种对理论与实践、数学与哲学之间张力的精准拿捏,使得这本书的价值远远超出了一个纯粹的技术手册的范畴,它更像是一部关于人类认知工具箱的深度解析。

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我必须承认,这本书的排版和图示部分处理得有些过于“学术化”了。如果你期待看到大量彩色图表和清晰的步骤分解,你可能会感到失望。很多论证都依赖于密集的文本和精妙的数学符号推导,这对于习惯了视觉化学习的现代读者来说,是一个不小的门槛。然而,这种朴素甚至略显简陋的呈现方式,反而迫使我必须退回到最原始的逻辑层面去思考问题。例如,在讲解概率模型的收敛性时,作者几乎完全依赖于文字逻辑和一些非常简洁的矩阵表示,没有用任何辅助性的图形来“美化”概念。这带来的好处是,一旦你理解了某个论断,它将深深地烙印在你的逻辑结构中,而不是仅仅停留在视觉记忆层面。书中对“不可压缩性”的探讨尤其精彩,它不仅仅是关于数据压缩的理论极限,更像是一种对“本质”与“冗余”之间界限的哲学拷问。作者用了一种非常内敛但有力的语言,将信息论的严肃性与对存在本质的追问紧密结合起来。这本书不适合快速翻阅,它要求的是一种沉浸式的、近乎冥想式的阅读状态,每一次回顾都会发现新的层次和未曾注意到的微妙之处。

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这本书的书名似乎直指信息论领域那些令人头疼的抽象概念,光是“抽象方法”这几个字就让人不禁皱起眉头。然而,真正读进去之后,我发现作者的叙事方式远比我想象的要引人入胜。他并没有急于抛出复杂的数学公式,而是将信息论的基石——比如香农熵、互信息——置于一个更宏大的哲学框架下进行探讨。例如,在讨论信源编码的极限时,作者没有直接展示霍夫曼编码的细节,而是花了大篇幅去描绘信息在自然界和人类认知中的角色,仿佛在向我们证明,信息本身就是宇宙运行的一种基本规律。这种从宏观到微观的叙事节奏,让原本枯燥的理论变得充满了探索的乐趣。我特别欣赏作者在处理那些历史遗留的争论点时的公正态度,他梳理了不同学派对“信息”定义的分歧,没有偏袒任何一方,而是引导读者自己去思考,信息在不同情境下究竟意味着什么。这种鼓励批判性思维的写作手法,极大地提升了阅读体验,让人感觉自己不是在被动接受知识,而是在参与一场智力上的对话。这本书对于那些期望在理论深度上有所突破,但又害怕被纯粹的数学符号淹没的读者来说,无疑是一剂良药,它提供了一条通往深刻理解的、充满启发性的路径。

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这本书的结构设计,坦白地说,起初让我有些摸不着头脑。它的章节之间似乎跳跃性很大,仿佛是把不同时期、不同研究方向的笔记随意拼凑在了一起。但随着阅读的深入,我逐渐体会到这或许是一种刻意的安排,旨在模仿信息论这门学科自身的发展轨迹——它并非线性增长,而是充满了突变和革命性的洞察。最让我印象深刻的是关于“描述复杂性”那一部分,作者以一种近乎文学性的笔触,对比了Kolmogorov复杂性和某些统计物理学中的相变概念。他没有止步于数学上的等价性,而是深入探讨了我们如何“感知”复杂性,以及这种感知与信息量化之间的微妙关系。这种跨学科的视野,使得全书的格局一下子被打开了。我甚至觉得,这本书与其说是一本教科书,不如说是一部关于“认知边界与量化尝试”的史诗。作者对细节的把握极其精准,比如在阐述某些证明时,他会引用一些鲜为人知的小引理,这些小引理往往是理解整个理论体系的关键,但却常常被标准教材所忽略。这表明作者对该领域的掌握绝非停留在表面,而是根植于对基础原理的深刻理解。阅读过程是充满挑战的,需要读者投入极大的注意力去连接那些看似分散的知识点,但一旦成功连接,那种豁然开朗的成就感是无与伦比的。

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