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地理熵(2)

时间:2010-01-29  归属:理论地理学

(二)熵与地理信息

  所谓某个地理事件的信息量,应当理解为由地理信息所描述的这种事件的出现概率。在大多数情形下,只研究单独的某种地理信息是不符合实际的,应该知道的是地理系统中整个信息系列的总体性质。地理熵就是为了了解总体的平均地理信息量而引入的。

  假设有3种地理信息,随机地依照不规则的次序出现,出现的总数共有m个,而且统计出此3种地理信息出现的概率分别为P1,P2和P3。此种出现总数为m个的地理信息中,可以按如下方式分别得出其信息量:

  地理信息 每个地理信息 总数m个中 各类地理

  出现概率 的信息量 所占的信息数 信息的信息量

  P1 -logP1 mP1 -mP1logP1

  P2 -logP2 mP2 -mP2logP2

  P3 -logP3 mP3 -mP3logP3

  全部3类地理信息的总信息量为各自信息量之和,用符号Q表示:

  Q=-mP1logP1-mP2logP2-mP3logP3 (2.23)

  而其“平均地理信息量”则为:

  Q/m=-P1logP1-P2logP2-P3logP3 (2.24)

  地理熵的数值定义,即为单位信息的地理信息量,亦即式2.24所表达的平均地理信息量。如用S代表地理熵,并且依照一般的表达方式,可以写成:

  

  由于地理信息量具有统计特性,按照大数法规,地理信息总数目m必定是很大的值才具有意义。

  根据前述,假如我们知道了地理系统的大状态,同时也知道了系统内的微状态,则地理熵可以测出所得的信息量,我们建议使用申农指数进行度量。在一个地理系统中,常会有许多波动,这些波动如果超出某种确定的界限,则可以导致整个地理系统的行为发生改变。因此,系统除开处于静止状态或准静止状态的稳定性之外,还应当确定出可能发生波动的“事先概率”,以及一个波动扩展的范围、概率及所包括的某个大振幅的基本特征。

  这些概率的确定,属于地理系统的随机理论。围绕着静止态波动的概率W,同以爱因斯坦方程所描述的熵的二次变差δ2S相联系,可以得到下式:

  

  式中KB为波尔兹曼常数。式2.26为地理系统稳定性的判别,提供了一个统计基础,很显然它是从地理熵的处理中寻求解答的。

  在理论地理研究中,有时会遇到地理风险决策这样的难题,它是人文地理研究和应用的一个重要方面。此时,首先应该准确地推断某个地理区域中的地理熵,即知道该区域的平均地理信息量。试举一地理区域中的基本天气状况判断为例。

  某温带季风区:

  晴天(F)概率占4/8

  阴天(C)概率占2/8

  雨天(R)概率占1/8

  大雨(P)概率占1/8

  某温带荒漠区:

  F 7/8

  C O

  R 1/8

  P O

  试求上述二区的地理熵:

  温带季风区:

  

  

  温带荒漠区:

  

  地理熵S2小,意味着该地理区域中某特定地理事件以很高的概率出现,表现在天气状况上,温带荒漠区出现的形式比较单调,或者说所具有的地理信息量小。对S1恰好作与此相反的结论。这就是说,人们用心关注的是那些地理信息量大的地区,这在风险决策中将有更大的意义,因它与未来的事件发生有着极大的关系。

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  • 关键词:概率状态地理自然地理信息系统改造有序一个
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