信息熵在化学中的应用研究

信息熵是信息论的核心概念,它是信息分布或不确定度的客观量度,它与热力学熵有着必然的联系.它与量子力学中的不确定关系有着本质的联系.应用信息论中的最大信息熵原理,可建立信息熵同各种物理量的不等式或等式关系,为阐明多电子体系的结构和性能的关系提供理论依据.文章简要介绍了信息熵的理论基础和信息熵在化学中的应用研究的发展状况,以及作者在这方面所作的工作.     

八种系综分布函数的统一推证

在本文中,我们从信息熵概念出发,利用最大信息熵原理,得到了属于各种外加约束下的系综几率分布函数。     

中国能源运输通道信息熵值理论分析

利用1986至2008年的运输通道年固定资产投资数据,引入信息熵理论,计算出中国能源运输通道建设规模的各年信息熵,通过分析各运输通道建设规模与信息熵值的变化关系,结合最大信息熵原理,从而明确了中国未来能源运输通道的建设重心：在保持现有铁路运输通道的投资规模的基础上,缩减公路运输通道投资,加大水运及管道运输通道建设,进一步增强中国能源运输通道建设合理性.     

基于信息熵贴近度的旋转机械故障诊断

基于信息融合的思想,研究了反映振动能量的旋转机械故障状态的各种信息熵特征,如奇异谱熵、功率谱熵、小波空间状态特征谱熵和小波能谱熵．通过转子试验,给出了旋转机械的不平衡、不对中、支座松动、轴裂纹典型故障下的各信息熵的变化范围．根据越相似的模式间距离越短原理,提出采用贴近度来进行模式识别的方法．首先利用贴近度原理和熵带构建了信息熵贴近度模型,其次计算出待识别状态与各典型故障之间的信息熵贴近度值,则对应于待识别状态之间的信息熵贴近度最大的即为待识别状态的故障模式,最后通过实例描述了基于信息熵贴近度的旋转机械故障诊断方法的可行性．     

最大信息熵原理在波高分布中的应用

简要介绍最大信息熵原理及其概率估计方法,推导出二阶矩意义下的最大熵概率密度分布表达式。由最大熵法得到了深水充分发展波波高概率分布及风槽试验中不同水深时的波高概率分布,以最大熵法得到连云港波高概率分布,并对计算结果进行了验证。     

基于分形理论与信息熵的土地利用形态及结构演变研究——以湖北省襄樊市为例

依据分形理论和信息熵原理,借助RS和GIS技术支持,对襄樊市土地利用形态及结构演变进行了研究,结合土地利用转变矩阵分析了研究区土地利用分形特征和信息熵,并针对演变特点提出了相应建议.研究表明:1991-2006年间,襄樊市耕地形态趋于复杂,稳定性降低,数量及分布均减少;园地、林地及建设用地形态趋于简单,稳定性提高,园地数量减少,林地面积增大但分布更为集中,建设用地数量与分布均扩大;水域及未利用地的形态均较为稳定,分布趋于缩小.土地利用结构信息熵降低,土地利用多样性程度及均匀度降低.     

基于信息熵的河床演变分析

采用信息熵的理论与方法,引入河床演变的指标信息熵和年份信息熵概念,并给出计算公式定量地分析河床演变.选取黄河下游6个河段作为研究区域,利用每个河段1972—2000年影响因素的实测资料计算了各个影响因素对河床演变影响的客观权重和河段年份信息熵.通过对比研究结果可以看出:能够反映组成河岸与河床物质的相对可动性的宽深比对河床演变的权重最大,并且河床边界条件对河床演变的影响大于来水来沙条件;6个河段的年份信息熵的大小,依次是花—夹河段、夹—高河段、高—孙河段、孙—艾河段、艾—泺河段和泺—利河段,表明年份信息熵越大河型越不稳定,年份信息熵越小河型越稳定有序;同时验证了信息熵越大系统越混乱、信息熵越小系统越有序的结论.     

信息论与统计系综

本文从信息论的基本概念出发,由最大信息熵原理,推求平衡态时,各相应宏观条件下的经典统计系综与量子统计系综的分布函数ρ(或密度算符(?)),并得到物质系统相应的特性函数.这一方法不仅将统计物理学与信息论紧密联系起来.而且比其它方法简单、和谐.     

近独立粒子系统计理论的另一种统一形式

本文从最大信息熵原理出发,导出了对处于平衡态的近独立粒子系普遍适用的单粒子态的分布几率,并用以计算系统的热力学量,从而给出了另一种形式的统一理论。     

信息熵的理解与验证

笔者在对信息熵原出处含义进行解读和对热力学熵原理进行理解的基础上,修正了信息量无限增加的理论解释.通过对计算机数据库中数据检索速度的测试,推导出速度公式,计算出每比特信息熵所需要的能量,发现实际数值与理论数值存在较大差异,得出布里渊的信息熵能量是信源与信道表面之间的熵变而非信源本身的熵变.     

Choi-Williams分布参数优化及其应用

提出时频分布信息熵的定义和求法，先对时频分布绝对值，进而计算该分布的信息熵，根据信息熵最小的原则对Choi-Williams分布的参数进行优化，然后用优化的参数计算信号的Choi-Williams分布，得到的Choi-Williams分布能较好地反映信号的时频结构，将该方法应用到齿轮故障的诊断取得了良好的效果。     

熵与大偏差及保险定价

为了更加合理的解决保险定价问题,引入信息论中的熵和概率理论中的大偏差,对一般保费计算方法进行了修正.结果表明:最大熵原理只考虑了具有最大熵的概率分布,而在大偏差框架中,考虑了所有的概率分布,此时的熵描绘了随着实验次数的增加,概率分布的收敛情况;若只知道概率分布的不完全信息,最小化叉熵,得到最小叉熵优化模型,模型的解可调整保费.调整后的保费计算方法既建立在经验概率分布基础上,又不完全依赖经验概率分布,具有更好的实用性.     

最大可能熵原理

定义了最大可能熵(PME)的新概念,并提出最大可能熵原理.仅对孤立的平衡系统而言PME才等于系统的熵(Sm=S),一般情况下PME总是大于系统的真实熵(Sm＞S).当一个非平衡开放系统的PME不管因为甚么原因增大时,它的信息和熵就能同时增加.例如,当一个系统的体积和能量增加时,其PME就增大,从而导致它的信息和熵可同时增加.最大可能熵原理建立在理论和近年提出的"熵界"上.由这个原理不但能推导出科学上已有结论,如黑洞无毛定理,还可用来解释宇宙中某些谜一样的问题,如整个宇宙的熵增大,同时地球上的生物却可以不断进化.     

基于熵理论的质量问题追溯

质量是企业的命脉,而质量问题追溯是质量管理的重要环节;在质量追溯实际操作过程中存在信息源繁多,信息处理量巨大的问题,使得决策难度很大。文章通过熵融合模型来对烦琐的信息源进行筛选,选择最小条件熵,找出最佳信息源组合,并进行决策;在此基础上提出熵调准聚合算法,简化计算的复杂性。     

基于最大熵算法的全文检索研究

全文检索是一种有效的信息检索技术,改进最大熵模型的应用研究在自然语言处理领域中受到关注。笔者利用语料库中词性标注和词频标注的上下文信息,建立基于互信息的最大熵方法的检索系统,研究的重点在于提出一种中文分词算法,并从实际问题出发,采用面向对象和模型驱动的设计方法,将该算法应用于实际的全文检索系统的设计中。     

基于突变粒子群算法的图像自适应增强

利用突变粒子群算法自动获取图像非线性增强函数的最佳变换参数,达到图像增强的效果。该算法基于粒子群算法原理,采用针对图像质量评价效果的新适应度函数（包括方差、信息熵、紧致度、信噪改变量以及像素差别五要素）,提出一种基于突变机制的粒子群算法,有效增大粒子间的差异性和非均匀性,打破平衡态,从而增强系统内动力以提高系统进化的效率。实验表明,该算法具有较高的自适应性,即避免了陷入局部极小,加快了收敛速度,且增强质量评价明显提高。     

宇宙的时间之箭

提出宇宙广义熵原理，应用引原理解决了前半个宇宙生命期内宇宙总广义熵增加的同时信息量亦增加的难题，宇宙时间之箭的方向问题也得到澄清，其结果与因果律相吻合。     

基于熵的矿区资源与环境系统持续发展的评价

遵循针对性原则、科学性原则、可操作性原则、综合性原则，设计了资源与环境系统指标，并给出了基于熵的评价方法。该方法把参评年份的固有信息量化，综合权重值，将评价的各年份的矿区资源与环境系统持续发展指标的贴近度与其相对优异值的贴近度相对比，得出评价排序。应用实例表明，该方法有效，合理，适应性强。     

基于水下重力差异熵的导航匹配算法仿真研究

介绍了重力辅助导航发展概况, 阐述了采用地球物理特征的重力差异熵方法进行水下重力辅助导航算法设计及仿真实验方法研究。该算法基本思想是在导航匹配算法中, 将信息熵引入 自主水下运动载体( autonomous underwater vehicles ,AUV)重力辅助导航, 在重力数据库研究的基础上, 通过模板重力图与实时重力图的信息量差异以及模板重力梯度图差异, 修正水下惯性导航系统( inertial navigation system,INS)的误差。仿真实验结果表明, 利用重力差异熵辅助INS导航, 能够获得高精度的导航信息。因此, 基于水下重力差异熵的辅助导航, 可实现AUV 长航时隐蔽的高精度导航。