Каково максимальное значение дивергенции Кульбака-Лейблера (КЛ)


14

Я собираюсь использовать дивергенцию KL в своем коде Python, и я получил это руководство .

На этом уроке реализовать дивергенцию KL довольно просто.

kl = (model * np.log(model/actual)).sum()

Как я понимаю, распределение вероятностей modelи actualдолжно быть <= 1.

Мой вопрос: какова максимальная граница / максимально возможное значение k ?. Мне нужно знать максимально возможное значение расстояния кл, как для максимальной границы в моем коде.


Ответы:


17

Или даже с той же поддержкой, когда у одного распределения гораздо более толстый хвост, чем у другого. Возьмем

KL(P||Q)=∫p(x)log⁡(p(x)q(x))dx
когда
p(x)=1π11+x2⏞Cauchy densityq(x)=12πexp⁡{−x2/2}⏞Normal density
, то
KL(P||Q)=∫1π11+x2log⁡p(x)dx+∫1π11+x2[log⁡(2π)/2+x2/2]dx
и
∫1π11+x2x2/2dx=+∞
Существуют другие расстояния, которые остаются ограниченными, такие как
  • L¹ расстояние, что эквивалентно общему расстоянию вариации,
  • Вассерштейнские расстояния
  • расстояние Хеллингера

1
Очень хорошее замечание @ Сиань
— Карлос Кампос

Благодаря @ Xi'an это означает, что даже сумма всех бинов для обоих распределений равна = 1, дивергенция kl не имеет максимальной границы? У вас есть другие функции расстояния для двух вероятностных распределений, которые определили максимальную / статическую границу?
— user46543

Является ли P абсолютно непрерывным относительно Q в этом случае?
— Sangwoong Yoon

В таком случае"? Я считаю, что KL не определен как таковой для распределений, которые не являются абсолютно непрерывными относительно друг друга.
— Сиань

12

Для распределений, которые не имеют такой же поддержки, дивергенция KL не ограничена. Посмотрите на определение:

KL(P||Q)=∫−∞∞p(x)ln⁡(p(x)q(x))dx

если P и Q не имеют одинаковой опоры, существует некоторая точка где p ( x ′ ) ≠ 0 и q ( x ′ ) = 0 , заставляя KL уходить в бесконечность. Это также применимо для дискретных распределений, что является вашим случаем.x′p(x′)≠0q(x′)=0

Редактировать: Возможно, лучшим выбором для измерения расхождения между распределениями вероятности будет так называемое расстояние Вассерштейна, которое является метрикой и имеет лучшие свойства, чем расхождение KL. Он стал довольно популярным благодаря своим приложениям для глубокого обучения (см. Сети WGAN).


Благодаря @ carlos-campos, мое распределение как для фактического, так и для модели имеет одинаковое условие, которое является суммой всех бинов = 1. Это означает, что моя дивергенция Kl все еще не имеет максимальной границы? Я посмотрю на расстояние
— Вассертейна

Разве расстояние Вассерштейна или движителя Земли имеет явную максимальную границу? потому что мне это нужно.
— user46543

@ user46543 Расстояние Вассерштейна может достигать ∞
— Марк Л. Стоун

Привет @ MarkL.Stone, так что нет функции расстояния для расчета расстояния между двумя распределениями вероятностей, которая имеет статическую максимальную границу? например, в то время как два распределения вероятностей имеют сумму 1, а максимальная граница расстояния будет 1. Я прав?
— user46543

3

Чтобы добавить к превосходным ответам Карлоса и Сианя , также интересно отметить, что достаточное условие конечности расходимости KL состоит в том, что обе случайные величины имеют одинаковый компактный носитель, а опорная плотность ограничена , Этот результат также устанавливает неявную оценку максимума расходимости KL (см. Теорему и доказательство ниже).


Теорема: если плотности и q имеют один и тот же компактный носитель X и плотность p ограничена на этом носителе (т. Е. Имеет конечную верхнюю границу), то K L ( P | | Q ) < ∞ .pqXpKL(P||Q)<∞

Доказательство: поскольку имеет компактную поддержку X, это означает, что существует некоторое положительное минимальное значение:qX

q_≡infx∈Xq(x)>0.

pX

p¯≡supx∈Xp(x)>0.

0<q_⩽p¯<∞

supx∈Xln⁡(p(x)q(x))⩽ln⁡(p¯)−ln⁡(q_).

L_≡ln⁡(p¯)−ln⁡(q_)0⩽L_<∞

KL(P||Q)=∫Xln⁡(p(x)q(x))p(x)dx⩽supx∈Xln⁡(p(x)q(x))∫Xp(x)dx⩽(ln⁡(p¯)−ln⁡(q_))∫Xp(x)dx=L_<∞.

◼


B(α,β)max(α,β)>1

Это правда: это всего лишь достаточное условие. Более слабые условия приветствуются!
— Восстановить Монику
Используя наш сайт, вы подтверждаете, что прочитали и поняли нашу Политику в отношении файлов cookie и Политику конфиденциальности.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.