高斯分布与熵

在连续信息论中,高斯分布具有极其重要的地位——在给定方差约束的条件下,高斯分布的微分熵最大。对于一个均值为 、方差为 的一维高斯分布 ,其微分熵为:

该值是所有具有相同方差的连续分布中微分熵的最大值。这一最大熵性质与离散情形下的均匀分布相对应:在离散情形中,均匀分布在给定取值范围内使熵最大;在连续情形中,高斯分布则在给定二阶矩约束下使微分熵最大。这一性质可以通过变分法和拉格朗日乘子法严格证明。

对于 n维高斯随机向量 ,其微分熵为 ,其中 为协方差矩阵。这一结果在高斯信道容量分析中至关重要——因为高斯分布能够最大化熵,因此在功率受限的信道中,高斯输入分布能使互信息达到最大,从而取得信道容量。

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