假设概率空间的总和是1,如果某件事件的概率越大,则事件空间的同等概率的事件的种类的个数越接近1,所需要的编码的个数越小接近1,即包含的信息量越小;事件的概率越小,则事件空间的同等概率的事件的种类的个数越接近无穷大,所需要的编码的个数越大,即包含的信息量越大。
这段话试图从概率、事件空间大小与编码长度的角度解释“为何概率越大,信息量越小”,思路方向是正确的,但表述上存在一些概念混淆和逻辑不严谨之处(牺牲精确性换取可理解性)。
✅ 正确直觉:
- 高概率事件 → 编码短 → 信息量小
- 低概率事件 → 编码长 → 信息量大
这完全符合香农信息论的核心思想,也是霍夫曼编码(Huffman Coding)等变长编码的理论基础。
❌ 问题所在:对“事件空间”和“同等概率”的理解有偏差
原句分析:
“如果某件事件的概率越大,则事件空间的同等概率的事件的种类的个数越接近1”
这句话容易引起误解。我们来澄清几个关键概念:
🔍 正确理解:固定信源 vs. 虚拟等概信源
1.真实信源(如英文文本)
- 事件空间:26个字母;
- 概率分布:不均匀(e 出现概率高,z 很低);
- 熵 H(X)<log226 (因为分布不均)。
2.“等效等概信源”(用于理解熵的含义)
香农提出一个思想实验:
一个具有熵 H(X) 的信源,在统计特性上等价于一个有 2H(X) 个等概率符号的信源。
- 例如:若 H(X)=2 bit/符号,则该信源 ≈ 一个有 22=4 个等概率符号的信源;
- 这个 2H(X) 被称为有效符号数(effective number of symbols)或困惑度(perplexity)。
✅这才是“事件种类个数”的正确含义:不是真实事件数,而是等效的等概事件数。
📌 修正后的准确表述:
在一个概率总和为1的信源中,若某个事件发生的概率越大,说明该信源的不确定性越小,其信息熵越低,等效于一个包含较少等概率事件的虚拟信源(即有效事件数 2H(X) 接近1)。因此,该事件可以用较短的编码表示,所携带的信息量也越小。
反之,若某事件概率极小,说明信源整体不确定性高(或该事件本身罕见),其发生时能显著减少不确定性,因此需要较长的编码,所携带的信息量更大。
🧮 用公式说话(香农定义)
单个事件 x 的信息量(自信息):
I(x)=−log2P(x)- P(x)→1 ⇒ I(x)→0
- P(x)→0 ⇒ I(x)→∞
整个信源的平均信息量(熵):
H(X)=E[I(x)]=−∑P(x)log2P(x)有效事件数(等效等概符号数):
Neff=2H(X)- 若所有事件等概率(P=1/N ),则 H(X)=log2N ,Neff=N ;
- 若分布不均,Neff<N 。
🌰 举例说明
| 信源 | 事件 | P(x) | I(x)=−log2P(x) | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| 公平硬币 | 正面 | 0.5 | 1 bit | 需1位编码(如"0") |
| 偏置硬币 | 正面 | 0.9 | ≈0.15 bit | 可用短码(如"0") |
| 偏置硬币 | 反面 | 0.1 | ≈3.32 bit | 需长码(如"1110") |
| 必然事件 | “太阳升起” | ≈1 | ≈0 bit | 无需编码,无新信息 |
💡 在霍夫曼编码中,高频符号用短码,低频符号用长码——平均码长趋近于熵 H(X) 。
✅ 总结:如何通俗又准确地说?
“一个事件越常见(概率越大),它带来的‘意外感’就越小,因此信息量越小,编码也可以越短;反之,越罕见的事件,信息量越大,编码越长。”
而整个信源的“等效事件种类数”由熵决定:熵越小,等效种类越少,整体越可压缩。