标准信号模型的信息容量闭式解
定量方法
2025-05-14 v1 信息论
math.IT
应用统计
摘要
我们采用统一的框架计算生物信号系统的信息容量，基于 Fisher 信息。通过推导闭式或易计算的信息容量公式，对不同信号模型（包括二项、多项、泊松、高斯和 Gamma 分布）的信噪比判别能力进行量化。这些表达式阐明了信号范围、噪声比例、通路长度以及接收器多样性如何塑造感知的理论极限。特别地，我们展示了在 Fisher 形式下，信噪比和倍增变化灵敏度如何自然地产生，以及级联信号衰减如何导致线性信息损失。我们的结果提供了直观且在分析真实信号系统时无需计算密集型互信息估计的工具。虽然动机源于细胞通信，但该框架可推广到任何噪声输入-输出关系限制传输保真度的系统，包括合成生物学、传感器网络和工程通信信道。
引用
@article{arxiv.2505.08365,
title = {Closed-Form Information Capacity of Canonical Signaling Models},
author = {Michał Komorowski},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.08365},
year = {2025}
}