定量生物学 > 分子网络
[提交于 2025年8月28日
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标题: 互信息率 -- 线性噪声近似与精确计算
标题: Mutual Information Rate -- Linear Noise Approximation and Exact Computation
摘要: 高效的信息处理对于生物有机体和工程系统都是至关重要的。互信息率是信息论中的一个核心概念,它量化了输入和输出信号轨迹之间共享的信息量,并能够对动态系统中的信息流进行量化。估计互信息率的一种常见方法是高斯近似,该方法假设输入和输出轨迹遵循高斯统计特性。然而,这种方法仅适用于线性系统,其在非线性或离散系统中的准确性仍不清楚。在本工作中,我们通过利用路径权重采样(PWS),一种最近用于精确计算互信息率的技术,评估了高斯近似在非高斯系统中的准确性。在两个案例研究中,我们检验了高斯近似的局限性。首先,我们关注离散线性系统,并证明即使系统的统计特性接近高斯分布,高斯近似也无法准确估计互信息率。其次,我们探讨了一个具有非线性传递函数的连续扩散系统,随着非线性的增加,高斯近似与精确的互信息率之间出现了显著偏差。我们的结果对高斯近似在不同随机模型中的性能进行了定量评估,并指出了何时需要使用计算更密集的方法,如PWS。
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