本书致力于概率信息测度理论及其在信息源和噪声信道编码定理中的应用。最终的目标是全面发展香农的通信数学理论,但大部分篇幅都用于证明香农编码定理所需的工具和方法。这些工具形成了遍历理论和信息论的共同领域,并包含了随机变量、随机过程和动力系统中的信息的几个定量概念。例如熵、互信息、条件熵、条件信息和相对熵(鉴别、Kullback-Leibler信息),以及这些量的极限标准化版本,如熵率和信息率。在考虑多个随机对象时,除了考虑信息之外,我们还会考虑随机对象之间的距离或变形,即一个随机对象被另一个随机对象表示的准确性。书的大部分与这些量的性质有关,特别是平均信息和扭曲的长期渐近行为,其中两个样本平均数和概率平均数是有兴趣的。

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应用离散结构设计用于大学课程离散数学跨越两个学期。它最初的设计是为了给计算机科学专业的学生介绍在计算机科学中有用的数学主题。它也可以为数学专业的学生提供同样的目的,提供了对许多基本主题的第一次接触。

应用离散结构,是一个两个学期的本科文本在离散数学,侧重于结构性质的数学对象。这些包括矩阵、函数、图、树、格和代数结构。所讨论的代数结构是单体、群、环、场和向量空间。网站:http://discretemath.org应用离散结构已经被美国数学研究所批准作为其开放教科书计划的一部分。更多关于开放教科书的信息,请访问http://www.aimath.org/textbooks/。这个版本使用Mathbook XML (https://mathbook.pugetsound.edu/)创建。Al Doerr是马萨诸塞大学洛厄尔分校数学科学荣誉教授。他的兴趣包括抽象代数和离散数学。Ken levasserur是马萨诸塞大学洛厄尔分校数学科学教授。他的兴趣包括离散数学和抽象代数,以及它们在计算机代数系统中的实现。

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这本书调研了大约20世纪90年代末机器学习的许多重要课题。我的意图是在理论和实践之间寻求一个中间桥梁带。笔记集中在机器学习的重要思想上——它既不是一本实践手册,也不是一个理论证明的概要。我的目标是为读者提供充分的准备,使一些关于机器学习的广泛文献易于理解。草稿只有200多页(包括扉页)。

这本书集中在机器学习的重要思想上。对于我所陈述的许多定理,我并没有给出证明,但对于形式的证明,我确实给出了可信的论据和引用。而且,我没有讨论许多在应用中具有实际重要性的问题;这本书不是机器学习实践手册。相反,我的目标是为读者提供充分的准备,使大量关于机器学习的文献易于理解。

学习,就像智力一样,涵盖了如此广泛的过程,很难精确定义。词典的定义包括这样的短语:“通过学习、指导或经验获得知识、或理解、或技能”和“通过经验改变行为倾向”。动物学家和心理学家研究动物和人类的学习。在这本书中,我们关注的是机器学习。动物和机器学习之间有一些相似之处。当然,机器学习的许多技术都来自心理学家的努力,他们通过计算模型使动物和人类学习的理论更加精确。机器学习研究人员正在探索的概念和技术似乎也可能阐明生物学习的某些方面。

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强化学习(RL)作为一种可行的、强大的技术,用于解决各种复杂的跨行业业务问题,包括在不确定性下的顺序优化决策。尽管RL被归类为机器学习(ML)的一个分支,但它的看待和处理方式往往与机器学习的其他分支(监督和非监督学习)非常不同。事实上,RL似乎掌握了开启人工智能前景的关键——人工智能可以根据观察到的信息的变化来调整决策,同时不断朝着最优结果前进。RL算法在无人驾驶汽车、机器人和策略游戏等备受瞩目的问题上的渗透,预示着未来RL算法的决策能力将远超人类。

本书重点研究支撑RL的基础理论。我们对这一理论的处理是基于本科水平的概率、优化、统计和线性代数。我们强调严谨但简单的数学符号和公式来发展理论,并鼓励你把方程写出来,而不是仅仅从书中阅读。偶尔,我们引用一些高等数学(如:随机微积分),但本书的大部分是基于容易理解的数学。特别是,两个基本的理论概念- Bellman最优方程和广义策略迭代-贯穿全书,因为它们构成了我们在RL中所做的几乎所有事情的基础,甚至在最先进的算法中。

本书第二部分用动态规划或强化学习算法解决的金融应用。作为随机控制问题的许多金融应用的一个基本特征是,模型MDP的回报是效用函数,以捕捉金融回报和风险之间的权衡。

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本教程关注信息理论在统计学中的应用。被称为信息散度或Kullback-Leibler距离或相对熵的信息度量起着关键作用。涵盖的主题包括大偏差、假设检验、指数族的最大似然估计、列联表的分析以及具有“信息几何”背景的迭代算法。同时,还介绍了通用编码的理论,以及由通用编码理论驱动的最小描述长度原理的统计推理。

https://www.nowpublishers.com/article/Details/CIT-004

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统计学是关于可观测现象的数学建模,使用随机模型,以及分析数据:估计模型的参数和检验假设。在这些注释中,我们研究了各种评估和测试程序。我们考虑它们的理论性质,并研究各种最优化的概念。

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本书是信息论领域中一本简明易懂的教材。主要内容包括:熵、信源、信道容量、率失真、数据压缩与编码理论和复杂度理论等方面的介绍。

本书还对网络信息论和假设检验等进行了介绍,并且以赛马模型为出发点,将对证券市场研究纳入了信息论的框架,从新的视角给投资组合的研究带来了全新的投资理念和研究技巧。

本书适合作为电子工程、统计学以及电信方面的高年级本科生和研究生的信息论基础教程教材,也可供研究人员和专业人士参考。

本书是一本简明易懂的信息论教材。正如爱因斯坦所说:“凡事应该尽可能使其简单到不能再简单为止。''虽然我们没有深人考证过该引语的来源(据说最初是在幸运蛋卷中发现的),但我们自始至终都将这种观点贯穿到本书的写作中。信息论中的确有这样一些关键的思想和技巧,一旦掌握了它们、不仅使信息论的主题简明,而且在处理新问題时提供重要的直觉。本书来自使用了十多年的信息论讲义,原讲义是信息论课程的高年级本科生和一年级研究生两学期用的教材。本书打算作为通信理论.计算机科学和统计学专业学生学习信息论的教材。

信息论中有两个简明要点。第一,熵与互信息这样的特殊量是为了解答基本问题而产生的。例如,熵是随机变量的最小描述复杂度,互信息是度量在噪声背景下的通信速率。另外,我们在以后还会提到,互信息相当于已知边信息条件下财富双倍的增长。第二,回答信息理论问邀的答案具有自然的代数结构。例如,熵具有链式法则,因而,谪和互信息也是相关的。因此,数据压缩和通信中的问题得到广泛的解释。我们都有这样的感受,当研究某个问题时,往往历经大量的代数运算推理得到了结果,但此时没有真正了解问题的全莪,最终是通过反复观察结果,才对整个问题有完整、明确的认识。所以,对一个问题的全面理解,不是靠推理,而是靠对结果的观察。要更具体地说明这一点,物理学中的牛顿三大定律和薛定谔波动方程也许是最合适的例子。谁曾预见过薛定谔波动方程后来会有如此令人敬畏的哲学解释呢?

在本书中,我们常会在着眼于问题之前,先了解一下答案的性质。比如第2章中,我们定义熵、相对熵和互信息,研究它们之间的关系,再对这些关系作一点解释·由此揭示如何融会贯通地使用各式各样的方法解决实际问题。同理,我们顺便探讨热力学第二定律的含义。熵总是增加吗?答案既肯定也否定。这种结果会令专家感兴趣,但初学者或i午认为这是必然的而不会深人考虑。

在实际教学中.教师往往会加人一自己的见解。事实上,寻找无人知道的证明或者有所创新的结果是一件很愉快的事情。如果有人将新的思想和已经证明的内容在课堂上讲解给学生,那么不仅学生会积极反馈“对,对,对六而且会大大地提升教授该课程的乐崆我们正是这样从研究本教材的许多新想法中获得乐趣的。

本书加人的新素材实例包括信息论与博弈之间的关系,马尔可夫链背景下热力学第二定律的普遍性问题,信道容量定理的联合典型性证明,赫夫曼码的竞争最优性,以及关于最大熵谱密度估计的伯格(回定理的证明。科尔莫戈罗夫复杂度这一章也是本书的独到之处。面将费希尔信息,互信息、中心极限定理以及布伦一闵可夫斯基不等式与熵幂不等式联系在一起,也是我们引以为豪之处。令我们感到惊讶的是.关于行列式不等式的许多经典结论,当利用信息论不等式后会很容易得到证明。

自从香农的奠基性论文面世以来,尽管信息论已有了相当大的发展,但我们还是要努力强调它的连贯性。虽然香农创立信息论时受到通信理论中的问题启发,然而我们认为信息论是一门独立的学科,可应用于通信理论和统计学中。我们将信息论作为一个学科领域从通信理论、概率论和统计学的背景中独立出来因为明显不可能从这些学科中获得难以理解的信息概念。由于本书中绝大多数结论以定理和证明的形式给出,所以,我们期望通过对这些定理的巧妙证明能说明这些结论的完美性。一般来讲,我们在介绍问题之前先描述回题的解的性质,而这些很有的性质会使接下来的证明顺理成章。

使用不等式串、中间不加任何文字、最后直接加以解释,是我们在表述方式上的一项创新希望读者学习我们所给的证明过程达到一定数量时,在没有任何解释的情况下就能理解其中的大部分步,并自己给出所需的解释这些不等式串好比模拟到试题,读者可以通过它们确认自己是否已掌握证明那些重要定理的必备知识。这些证明过程的自然流程是如此引人注目,以至于导致我们轻视了写作技巧中的某条重要原则。由于没有多余的话,因而突出了思路的逻辑性与主題思想u我们希望当读者阅读完本书后,能够与我们共同分亨我们所推崇的,具有优美、简洁和自然风格的信息论。

本书广泛使用弱的典型序列的方法,此概念可以追溯到香农1948年的创造性工作,而它真正得到发展是在20世纪70年代初期。其中的主要思想就是所谓的渐近均分性(AEP),或许可以粗略地说成“几乎一切事情都是等可能的"

第2章阐述了熵、相对熵和互信息之同的基本代数关系。渐近均分性是第3章重中之重的内容,这也使我们将随机过程和数据压缩的熵率分别放在第4章和第5章中论述。第6章介绍博弈,研究了数据压缩的对偶性和财富的增长率。可作为对信息论进行理性思考基础的科尔莫戈罗夫复杂度,拥有着巨大的成果,放在第14章中论述。我们的目标是寻找一个通用的最矩描述,而不是平均意义下的次佳描述。的确存在这样的普遍性概念用来刻画一个对象的复杂度。该章也论述了神奇数0,揭示数学上的不少奥秘,是图灵机停止运转概率的推广。第7章论述信道容量定理。第8章叙述微分熵的必需知识,它们是将早期容量定理推广到连续噪声信道的基础。基本的高斯信道容量问题在第9章中论述。第il章阐述信息论和统计学之间的关系,20世纪年代初期库尔贝克首次对此进行了研究,此后相对被忽视。由于率失真理论比无噪声数据压缩理论需要更多的背景知识,因而将其放置在正文中比较靠后的第10章。

网络信息理论是个大的主题,安排在第巧章,主要研究的是噪声和干扰存在情形下的同时可达的信息流。有许多新的思想在网络信息理论中开始活跃起来,其主要新要素有干扰和反馈第16章讲述股票市场,这是第6章所讨论的博弈的推广,也再次表明了信息论和博弈之间的紧密联系。第17章讲述信息论中的不等式,我们借此一隅把散布于全书中的有趣不等式重新收拢在一个新的框架中,再加上一些关于随机抽取子集熵率的有趣新不等式。集合和的体积的布伦一闵可夫斯基不等式,独立随机变量之和的有效方差的熵幂不等式以及费希尔信息不等式之间的美妙关系也将在此章中得到详尽的阐述。

本书力求推理严密,因此对数学的要求相当高·要求读者至少学过一学期的概率论课程且有扎实的数学背景,大致为本科高年级或研究生一年级水平。尽管如此,我们还是努力避免使用测度论。因为了解它只对第16章中的遍历过程的AEP的证明过程起到简化作用。这符合我们的观点,那就是信息论基础与技巧不同,后者才需要将所有推广都写进去。

本书的主体是第2,3,4,5,7,8,9,10,11和巧章,它们自成体系,读懂了它们就可以对信息论有很好的理解。但在我们看来,第14章的科尔莫戈罗夫复杂度是深人理解信息论所需的必备知识。余下的几章,从博弈到不等式.目的是使主题更加连贯和完美。

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这是我2004年,2006年和2009年在斯坦福大学教授的概率理论博士课程的讲义。本课程的目标是为斯坦福大学数学和统计学系的博士生做概率论研究做准备。更广泛地说,文本的目标是帮助读者掌握概率论的数学基础和在这一领域中证明定理最常用的技术。然后将此应用于随机过程的最基本类的严格研究。

为此,我们在第一章中介绍了测度与积分理论中的相关元素,即事件的概率空间与格-代数、作为可测函数的随机变量、它们的期望作为相应的勒贝格积分,以及独立性的重要概念。

利用这些元素,我们在第二章中研究了随机变量收敛的各种概念,并推导了大数的弱定律和强定律。

第三章讨论了弱收敛的理论、分布函数和特征函数的相关概念以及中心极限定理和泊松近似的两个重要特例。

基于第一章的框架,我们在第四章讨论了条件期望的定义、存在性和性质,以及相关的规则条件概率分布。

第五章讨论了过滤、信息在时间上的级数的数学概念以及相应的停止时间。关于后者的结果是作为一组称为鞅的随机过程研究的副产品得到的。讨论了鞅表示、极大不等式、收敛定理及其各种应用。为了更清晰和更容易的表述,我们在这里集中讨论离散时间的设置来推迟与第九章相对应的连续时间。

第六章简要介绍了马尔可夫链的理论,概率论的核心是一个庞大的主题,许多教科书都致力于此。我们通过研究一些有趣的特殊情况来说明这类过程的一些有趣的数学性质。

在第七章中,我们简要介绍遍历理论,将注意力限制在离散时间随机过程的应用上。我们定义了平稳过程和遍历过程的概念,推导了Birkhoff和Kingman的经典定理,并强调了该理论的许多有用应用中的少数几个。

第八章建立了以连续时间参数为指标的右连续随机过程的研究框架,引入了高斯过程族,并严格构造了布朗运动为连续样本路径和零均值平稳独立增量的高斯过程。

第九章将我们先前对鞅和强马尔可夫过程的处理扩展到连续时间的设定,强调了右连续滤波的作用。然后在布朗运动和马尔可夫跳跃过程的背景下说明了这类过程的数学结构。

在此基础上,在第十章中,我们利用不变性原理重新构造了布朗运动作为某些重新标定的随机游动的极限。进一步研究了其样本路径的丰富性质以及布朗运动在clt和迭代对数定律(简称lil)中的许多应用。

https://statweb.stanford.edu/~adembo/stat-310b/lnotes.pdf

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本书将侧重于统计学习和序列预测(在线学习)的理论方面。在本笔记的第一部分,我们将使用经典的工具:集中不等式、随机平均、覆盖数字和组合参数来分析学习的i.i.d.数据。然后,我们将重点放在序列预测上,并开发许多用于在此场景中学习的相同工具。后一部分是基于最近的研究,并提出了进一步研究的方向。我们在整个课程中强调的极大极小方法,提供了一种比较学习问题的系统方法。除了理论分析,我们将讨论学习算法,特别是学习和优化之间的重要联系。我们的框架将处理开发接近最优和计算效率的算法。我们将用矩阵补全、链路预测等问题来说明这一点。如果时间允许,我们将深入了解信息理论和博弈论,并展示我们的新工具如何无缝地产生许多有趣的结果。

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这是为未来的科学家和工程师准备的微积分介绍的第二卷。第二卷是第一卷的延续,包括第六到第十二章。第六章介绍了向量、向量运算、向量的微分与积分及其应用。第七章研究了以向量形式表示的曲线和曲面,并研究了与这些形式相关的向量运算。此外,还研究了用矢量表示法表示密度、表面积和体积元素的方法。方向导数是与其他向量运算及其属性一起定义的,因为这些额外的向量使我们能够找到具有多个变量的函数的最大值和最小值。第八章研究标量场和向量场以及涉及这些量的运算。详细研究了高斯散度定理、斯托克斯定理和平面上的格林定理及其相关应用。第九章介绍了来自科学和工程选定领域的向量的应用。第十章介绍了矩阵演算和差分演算。第十一章介绍了概率论和统计学。第十章和第十一章之所以出现,是因为在当今社会,技术发展正趋向于一个数字化的世界,学生们应该接触到一些运算性的微积分,这是为了理解这些技术所需要的。第十二章是作为一个后续想法,介绍那些对数学的一些更高级的领域感兴趣的人。

如果你是微积分的初学者,那么一定要确保你有适当的代数和三角的背景材料。如果你有不明白的地方,不要害怕向你的老师提问。去图书馆找一些其他的微积分书,从不同的角度来介绍这门学科。在因特网上,人们可以找到许多微积分的帮助。在因特网上,人们还可以找到许多关于微积分应用的说明。这些额外的学习辅助将向你展示在不同的微积分科目上有多种方法,应该有助于你的分析和推理技能的发展。

http://www.math.odu.edu/~jhh/Volume-2.PDF

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这本书的第五版继续讲述如何运用概率论来深入了解真实日常的统计问题。这本书是为工程、计算机科学、数学、统计和自然科学的学生编写的统计学、概率论和统计的入门课程。因此,它假定有基本的微积分知识。

第一章介绍了统计学的简要介绍,介绍了它的两个分支:描述统计学和推理统计学,以及这门学科的简短历史和一些人,他们的早期工作为今天的工作提供了基础。

第二章将讨论描述性统计的主题。本章展示了描述数据集的图表和表格,以及用于总结数据集某些关键属性的数量。

为了能够从数据中得出结论,有必要了解数据的来源。例如,人们常常假定这些数据是来自某个总体的“随机样本”。为了确切地理解这意味着什么,以及它的结果对于将样本数据的性质与整个总体的性质联系起来有什么意义,有必要对概率有一些了解,这就是第三章的主题。本章介绍了概率实验的思想,解释了事件概率的概念,并给出了概率的公理。

我们在第四章继续研究概率,它处理随机变量和期望的重要概念,在第五章,考虑一些在应用中经常发生的特殊类型的随机变量。给出了二项式、泊松、超几何、正规、均匀、伽玛、卡方、t和F等随机变量。

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