Math Problem Statement

В ящике лежит 4 белых и 6 черных шаров. Какова энтропия опыта в котором требуется достать один шар из ящика.

Solution

Чтобы рассчитать энтропию данного опыта, необходимо использовать формулу для энтропии HH дискретной случайной величины:

H(X)=i=1npilog2piH(X) = - \sum_{i=1}^n p_i \log_2 p_i

где:

  • pip_i — вероятность ii-го события (в нашем случае, вероятность вытянуть белый или черный шар),
  • nn — количество различных событий.

В данном примере имеется два возможных события:

  1. Достать белый шар.
  2. Достать черный шар.

Количество шаров:

  • Белых шаров: 4.
  • Черных шаров: 6. Общее количество шаров: 4+6=104 + 6 = 10.

Теперь посчитаем вероятности каждого события:

  • Вероятность достать белый шар P(белый)=410=0.4P(\text{белый}) = \frac{4}{10} = 0.4,
  • Вероятность достать черный шар P(черный)=610=0.6P(\text{черный}) = \frac{6}{10} = 0.6.

Теперь можем рассчитать энтропию:

H(X)=(P(белый)log2P(белый)+P(черный)log2P(черный))H(X) = - \left( P(\text{белый}) \log_2 P(\text{белый}) + P(\text{черный}) \log_2 P(\text{черный}) \right)

Подставим значения:

H(X)=(0.4log20.4+0.6log20.6)H(X) = - \left( 0.4 \log_2 0.4 + 0.6 \log_2 0.6 \right)

Теперь вычислим логарифмы и подставим их:

H(X)=(0.4×(1.3219)+0.6×(0.7369))H(X) = - \left( 0.4 \times (-1.3219) + 0.6 \times (-0.7369) \right)

H(X)=(0.528760.44214)H(X) = - \left( -0.52876 - 0.44214 \right)

H(X)=0.9709 битH(X) = 0.9709 \text{ бит}

Таким образом, энтропия данного опыта составляет примерно 0.971 бит.


Хотите узнать больше об энтропии в других контекстах или о других математических концептах? Вот несколько вопросов для расширения:

  1. Как вычисляется энтропия для других распределений вероятностей?
  2. Как можно интерпретировать значение энтропии в контексте теории информации?
  3. Что такое избыточность в информации и как она связана с энтропией?
  4. Как вычисляется энтропия в случае распределений с более чем двумя возможными исходами?
  5. Какова связь между энтропией и кодированием информации?

Совет: Энтропия может быть использована для оценки "неопределенности" в процессе выбора. Чем выше энтропия, тем более "непредсказуем" процесс.

Ask a new question for Free

By Image

Drop file here or Click Here to upload

Math Problem Analysis

Mathematical Concepts

Probability
Entropy
Information Theory

Formulas

H(X) = - Σ p_i log_2(p_i)

Theorems

-

Suitable Grade Level

Grades 10-12