間違いしかありません.コメントにてご指摘いただければ幸いです(気が付いた点を特に断りなく頻繁に書き直していますのでご注意ください).

確率Pで発生しているデータ系列を確率Qに基づく符号化した際のKullback-Leiblerダイバージェンス

例:確率Pで発生しているデータ系列を確率Qに基づく符号化した際のKullback-Leiblerダイバージェンス\(D_n\)

\(y_1\) \(y_2\) \(x^2\)
\(=y_1y_2\)
\(P(x^2)\) \(Q(x^2)\) \(Q'(x^2)\) \(Q''(x^2)\)
0 0 00 \(\frac{1}{8}\) \(\frac{1}{8}\) \(\frac{1}{2}\) \(\frac{1}{4}\)
0 1 01 \(\frac{1}{8}\) \(\frac{1}{8}\) \(\frac{1}{4}\) \(\frac{1}{4}\)
1 0 10 \(\frac{1}{4}\) \(\frac{1}{4}\) \(\frac{1}{8}\) \(\frac{1}{4}\)
1 1 11 \(\frac{1}{2}\) \(\frac{1}{2}\) \(\frac{1}{8}\) \(\frac{1}{4}\)

\(Q(x^2)\)でのダイバージェンス

$$\begin{array}{rcl} D_n(P\parallel Q)&=&E^{n}_{P}\left[\log_2{\frac{P(X^n)}{Q(X^n)}}\right]\\ &=&\displaystyle \sum_{x^2\in\chi^2} P(x^2)\log_2{\frac{P(x^2)}{Q(x^2)}}\\ &=&\frac{1}{8} \times \log_2{\frac{\frac{1}{8}}{\frac{1}{8}}} +\frac{1}{8} \times \log_2{\frac{\frac{1}{8}}{\frac{1}{8}}} +\frac{1}{4} \times \log_2{\frac{\frac{1}{4}}{\frac{1}{4}}} +\frac{1}{2} \times \log_2{\frac{\frac{1}{2}}{\frac{1}{2}}}\\ &=&\frac{1}{8} \times \log_2{1} +\frac{1}{8} \times \log_2{1} +\frac{1}{4} \times \log_2{1} +\frac{1}{2} \times \log_2{1}\\ &=&\frac{1}{8} \times 0 +\frac{1}{8} \times 0 +\frac{1}{4} \times 0 +\frac{1}{2} \times 0\\ &=&0+0+0+0\\ &=&0 \end{array}$$

\(Q'(x^2)\)でのダイバージェンス

$$\begin{array}{rcl} D_n(P\parallel Q')&=&E^{n}_{P}\left[\log_2{\frac{P(X^n)}{Q'(X^n)}}\right]\\ &=&\displaystyle \sum_{x^2\in\chi^2} P(x^2)\log_2{\frac{P(x^2)}{Q'(x^2)}}\\ &=&\frac{1}{8} \times \log_2{\frac{\frac{1}{8}}{\frac{1}{2}}} +\frac{1}{8} \times \log_2{\frac{\frac{1}{8}}{\frac{1}{4}}} +\frac{1}{4} \times \log_2{\frac{\frac{1}{4}}{\frac{1}{8}}} +\frac{1}{2} \times \log_2{\frac{\frac{1}{2}}{\frac{1}{8}}} \\ &=&\frac{1}{8} \times \log_2{\frac{1}{4}} +\frac{1}{8} \times \log_2{\frac{1}{2}} +\frac{1}{4} \times \log_2{2} +\frac{1}{2} \times \log_2{4} \\ &=&\frac{1}{8} \times -2 +\frac{1}{8} \times -1 +\frac{1}{4} \times 1 +\frac{1}{2} \times 2 \\ &=&-\frac{1}{4}-\frac{1}{8}+\frac{1}{4}+1\\ &=&\frac{7}{8}=0.875 \end{array}$$

\(Q''(x^2)\)でのダイバージェンス

$$\begin{array}{rcl} D_n(P\parallel Q'')&=&E^{n}_{P}\left[\log_2{\frac{P(X^n)}{Q''(X^n)}}\right]\\ &=&\displaystyle \sum_{x^2\in\chi^2} P(x^2)\log_2{\frac{P(x^2)}{Q''(x^2)}}\\ &=&\frac{1}{8} \times \log_2{\frac{\frac{1}{8}}{\frac{1}{4}}} +\frac{1}{8} \times \log_2{\frac{\frac{1}{8}}{\frac{1}{4}}} +\frac{1}{4} \times \log_2{\frac{\frac{1}{4}}{\frac{1}{4}}} +\frac{1}{2} \times \log_2{\frac{\frac{1}{2}}{\frac{1}{4}}} \\ &=&\frac{1}{8} \times \log_2{\frac{1}{2}} +\frac{1}{8} \times \log_2{\frac{1}{2}} +\frac{1}{4} \times \log_2{1} +\frac{1}{2} \times \log_2{2} \\ &=&\frac{1}{8} \times -1 +\frac{1}{8} \times -1 +\frac{1}{4} \times 0 +\frac{1}{2} \times 1 \\ &=&-\frac{1}{8}-\frac{1}{8}+0+\frac{1}{2}\\ &=&\frac{1}{4}=0.25 \end{array}$$

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