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绪论与信息论基础_25420886

《通信原理概论》

Introductory Communication System

第一讲绪论与信息论基础

陈巍

本讲提纲

课程信息

通信绪论

信息论基础

我的联系方式

办公室：东主楼11区330

电话：62771026

E mail：wchen@https://www.doczj.com/doc/1414641134.html,

E-mail：@tsinghua edu cn

课程定位

基本原理与方法，强调概念为主，推导为辅

教材

《现代通信原理》曹志刚，钱亚生

PPT

参考书

《Digital Communications: Fundamentals and 《Digital Communications:Fundamentals and Applications》 B. Sklar

对于喜欢大部头的同学，推荐《Digital

Communications》5th J. Proakis

我们为什么要学这门课？

因特网

网络存储

云计算网络就是计算机SUN

信息传输是构成网络的先决条件！网络就是计算机——SUN

通信绪论

通信的内涵

通——传递

信——信息

借助于物理载体实现信息在空间和时间上的传递借助于物理载体，实现信息在空间和时间上的传递狭义的通信（分类不唯一也不严格）狭义的通信（分类不唯一，也不严格）

语音通信——手机，对讲机

图像通信—— 图像通信广播，监控

数据通信——电驴，FTP，电报

广义的通信

存储系统——光盘，磁带

遗传系统遗传系统——DNA

神经系统——脊髓，脑神经元

通信原理的学习内容

本课程中大家将要了解的知识

信息的度量和表示，信息传输的性能极限

典型信源（语音为主）的采样编码和压缩典型信源（语音为主）的采样、编码和压缩信息传输的信号调制和解调（数字通信为主）通信中的纠错码

多址和复用

一些有趣的典故

前772年，姬宫湦（周幽王）烽火戏诸侯

1864年，Maxwell提出电磁理论，预言了电磁波的存在年提出电磁论言电磁波的存在

1885年，Hertz通过实验证明了电磁波的存在

1891年，Tesla提出了无线电报的设想

1894年，Popov制造了无线电接收机原型

1895年，Marconi将无线电信号传输距离提高到1公里以上

1898年，Popov实现了超过6公里的船岸通信

1898年P实现了超过6公里的船岸通信

1901年，Marconi实现了无线电越洋传输

1920年，匹兹堡设立了首个KDKA民用广播电台

1928年，Nyquist提出了模拟信号的数字采样定理

1928年N提出了模拟信号的数字采样定理

1933年，Armstrong申请了模拟频率调制（FM）的专利

19391945（WWII），军事应用驱动使得通信技术获得飞速发展1939-1945（WWII）军事应用驱动使得通信技术获得飞速发展

1946年，首次将移动用户接入到公共交换电话网（PSTN）

1947年，Shockley发明了晶体管

1948年，Shannon提出了通信的数学理论——信息论

1948年，Neumann发明了计算机

1950年Hamming提出了数字通信的一种结构化纠错码1950年，Hamming提出了数字通信的一种结构化纠错码

1959年，Kilby发明了集成电路技术

1963年，Gallager提出了低密度奇偶校验码（LDPC），

1966年，高锟制成了实用的光纤

1967年，Viterbi提出了针对卷积码的低复杂度译码算法

1968年，Kleinrock的实验室成为APRA的第一个节点并成为其测量中心

1972年，Cover提出了广播信道理论

1979年，NTT开发了首个蜂窝移动通信系统

1984年，Verdu在博士论文中进行了多用户检测的先驱研究

1984年在博士论文中进行了多用户检测的先驱研究

1989年，GSM（Group Special Mobile）标准在欧洲提出

1991年，单兵无线通信系统在海湾战争中得到广泛应用

1991年单兵无线通信系统在海湾战争中得到广泛应用

1993年，Berrou等提出了Turbo码

1993年，IS-95标准（CDMA）标准在美国提出

1995年，Foschini提出了多天线无线传输系统

1997年，IEEE提出802.11无线局域网标准

199年提出80211无线局域网标准

1998年，Alamouti提出空时编码

2001年，NTT试运行WCMDA服务，IEEE提出802.16标准2001年NTT试运行WCMDA服务IEEE提出80216标准

2003年，Li、Yeung、Cai提出了线性网络编码

通信系统最简单的模型

信息源

发送设备（Source）（Transmitter）

信道

（Channel）失真（Distortion）

信息宿

（Destination）接收设备（Receiver）

人工系统物理环境

现代通信系统的基本模型

信源编码加密信道编码复用

基带调制

脉冲成型

载波解调

载波调制

信道

基带解调

采样判决

解复用信道解码解密信源解码

通信原理的学习方法

除信息论部分外我们按模块划分来学习除信息论部分外，我们按模块划分来学习

整个通信系统，大家要关注

该模块的作用

该模块的设计目标和约束

基本模型，即输入、输出关系

模块的性能参数

不要求掌握复杂的数学推导，而是希望大家掌

不要求掌握复杂的数学推导而是希望大家掌

握每个模块最基本的概念，原理和分析方法！

通信中的基础问题？

通信的资源

信息的发送，信道的使用，实质上都要占用某种物理资源如功率、带宽。种物理资源，如功率、带宽。

有效性

如何减少信息传递所需要的资源？通信的失真

如何减少信息传递所需要的资源

如何利用给定资源尽可能多传递信

息？由于噪声、干扰、衰落等因素的影响，信息的信号载体在传输中可能会失真、变形，从而导致信息传递的错误

可靠性

如何减少信息传递中的差错？

如何度量信息、资源、失真以及差错？

信息论基础信息是什么？

能够消除不确定性的“东西”

信息论中关注由信息论中，关注由随机性带来的不确定性因此，用随机变量描述不确定事物

个例子

一个例子投掷硬币：“1”——正面，“0”——反面我们只知道，先验分布010505X ??～观测投掷结果消除了随机结果的不确定性0.5

0.5????观测投掷结果，消除了随机结果的不确定性，带来了信息！

信息的度量

什么样的事情信息量大？

从刮奖说起…

“谢谢支持”都说天上不会掉馅饼认 “谢谢支持”——都说天上不会掉馅饼，认了…

“500万”——人品爆发，惊喜啊！

物以稀为贵，信息也是!

小概率事件蕴含的信息量大!

我们从如下这个例子来看这跳过严格的证明，我们从如下这个例子来看这个定义的合理性与必然性

显然，观测方式不同不会改变获得的信息量

信息论基础各章参考答案

各章参考答案 2．1．（1）4.17比特；（2）5.17比特；（3）1.17比特；（4）3.17比特 2．2． 1.42比特 2．3．（1）225.6比特；（2）13.2比特 2．4．（1）24.07比特；（2）31.02比特 2．5．（1）根据熵的可加性，一个复合事件的平均不确定性可以通过多次实验逐步解除。如果我们使每次实验所获得的信息量最大。那么所需要的总实验次数就最少。用无砝码天平的一次称重实验结果所得到的信息量为log3,k 次称重所得的信息量为klog3。从12个硬币中鉴别其中的一个重量不同（不知是否轻或重）所需信息量为log24。因为3log3=log27>log24。所以在理论上用3次称重能够鉴别硬币并判断其轻或重。每次实验应使结果具有最大的熵。其中的一个方法如下：第一次称重：将天平左右两盘各放4枚硬币，观察其结果：①平衡 ②左倾 ③右倾。ⅰ）若结果为①，则假币在未放入的4枚币，第二次称重：将未放入的4枚中的3枚和已称过的3枚分别放到左右两盘，根据结果可判断出盘中没有假币；若有，还能判断出轻和重，第三次称重：将判断出含有假币的三枚硬币中的两枚放到左右两盘中，便可判断出假币。ⅱ）若结果为②或③即将左盘中的3枚取下，将右盘中的3枚放到左盘中，未称的3枚放到右盘中，观察称重砝码，若平衡，说明取下的3枚中含假币，只能判出轻重，若倾斜方向不变，说明在左、右盘中未动的两枚中其中有一枚为假币，若倾斜方向变反，说明从右盘取过的3枚中有假币，便可判出轻重。（2）第三次称重类似ⅰ）的情况，但当两个硬币知其中一个为假，不知为哪个时, 第三步用一个真币与其中一个称重比较即可。对13个外形相同的硬币情况.第一次按4,4,5分别称重,如果假币在五个硬币的组里,则鉴别所需信息量为log10>log9=2log3,所以剩下的2次称重不能获得所需的信息. 2．6．（1）215 log ＝15比特；（2） 1比特；（3）15个问题 2． 7. 证明：（略） 2．8．证明：（略） 2．9． 31)(11= b a p ，121 )(21=b a p ， 121 )(31= b a p ， 61)()(1312= =b a b a p p ， 241)()()()(33233222= ===b a b a b a b a p p p p 。 2．10．证明：（略） 2．11. 证明：（略）

信息论基础》试卷(期末A卷

《信息论基础》答案一、填空题（本大题共10小空，每小空1分，共20分） 1.按信源发出符号所对应的随机变量之间的无统计依赖关系，可将离散信源分为有记忆信源和无记忆信源两大类。 2.一个八进制信源的最大熵为3bit/符号 3.有一信源X ，其概率分布为1 23x x x X 1 11P 244?? ?? ? =?? ????? ，其信源剩余度为94.64%；若对该信源进行十次扩展，则每十个符号的平均信息量是 15bit 。 4.若一连续消息通过放大器，该放大器输出的最大瞬间电压为b ，最小瞬时电压为a 。若消息从放大器中输出，则该信源的绝对熵是∞；其能在每个自由度熵的最大熵是log （b-a ）bit/自由度；若放大器的最高频率为F ，则单位时间内输出的最大信息量是 2Flog （b-a ）bit/s. 5. 若某一信源X ，其平均功率受限为16w ，其概率密度函数是高斯分布时，差熵的最大值为 1 log32e 2 π；与其熵相等的非高斯分布信源的功率为16w ≥ 6、信源编码的主要目的是提高有效性，信道编码的主要目的是提高可靠性。 7、无失真信源编码的平均码长最小理论极限制为信源熵（或H(S)/logr= H r (S)）。 8、当R=C 或（信道剩余度为0）时，信源与信道达到匹配。 9、根据是否允许失真，信源编码可分为无失真信源编码和限失真信源编码。 10、在下面空格中选择填入数学符号“,,,=≥≤?”或“?” （1）当X 和Y 相互独立时，H （XY ）=H(X)+H(X/Y)。（2）假设信道输入用X 表示，信道输出用Y 表示。在无噪有损信道中，H(X/Y)> 0, H(Y/X)=0,I(X;Y)

基础信息论

参考文献 1．.C.E.Shannon. A Mathematical Theory of Communication. Bell System Technical Journal Vol 27 partⅠJuly 1948, pp 379-423;part Ⅱoct 1948,pp623-656 2．https://www.doczj.com/doc/1414641134.html,munication in the presence of noise.proc I.R.E.1949 37 P10 3．张宏基编著《信源编码》北京，人民邮电出版社，1979 4．林可祥、汪一飞编著《偽随机码的原理与应用》北京，人民邮电出版社，1978 5．钟义信编著《信息科学原理》北京，北京邮电大学出版社，1996 6．孟庆生编著《信息论》西安，西安交通大学出版社，1986 7．仇佩亮编著《信息论及其应用》杭州，浙江大学出版社，2000 8．朱雪龙编著〈应用信息论基础〉北京，清华大学出版社，2001 9．陈运编著《信息工程理论基础》成都，电子科技大学。1989 10．王新梅、肖国镇编著《纠错码—原理与方法》（修订版）西安，西安电子科技大学出版社，2001年修订版 11．E.Schruefer.Signal-verarbeitung.Muenchen Wien:Carl:Hanser Verlag,1992 12．张应中等编著《数字通信工程基础》北京，人民邮电出版社，1987 13．贾世楼编著《信息论理论基础》哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社，2001 14．陈运等编著《信息论与编码》北京，电子工业出版社，2002 15．傅祖芸编著《信息论》北京，电子工业出版社，2001

信息论基础— 绪论ch01.article

信息论基础—绪论 Contents 1 信息论简介1 1.1 什么是信息？. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.2 信息的特性. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1.3 信息、消息、信号之间的关系. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.4 通信系统模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.5 通信系统详细模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.6 什么是信息论？. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.7 信息论研究的对象. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.8 信息论的分支. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1.9 信息论的应用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 2 信息论的发展历史5 3 通信的历史6 1 信息论简介 1.1 什么是信息？ ?通俗地说：信息是一种消息。 ?广义地说：信息是对物质存在和运动形式的一般描述。信息存在于客体间的差别中而不是客体本身中。 ?狭义地说：信息是为了消除不确定性所必须获得的东西。 1.2 信息的特性 ?信息是无形的。 ?信息是可共享的。 ?信息是无限的。 ?信息是可度量的。 1

信息论基础及答案

《信息论基础》试卷第1页《信息论基础》试卷答案一、填空题（共25分，每空1分） 1、连续信源的绝对熵为无穷大。（或()()lg lim lg p x p x dx +∞-∞ ?→∞ --?? ） 2、离散无记忆信源在进行无失真变长信源编码时，编码效率最大可以达到 1 。 3、无记忆信源是指信源先后发生的符号彼此统计独立。 4、离散无记忆信源在进行无失真变长编码时，码字长度是变化的。根据信源符号的统计特性，对概率大的符号用短码，对概率小的符号用长码，这样平均码长就可以降低，从而提高有效性(传输速率或编码效率) 。 5、为了提高系统的有效性可以采用信源编码，为了提高系统的可靠性可以采用信道编码。 6、八进制信源的最小熵为 0 ，最大熵为 3bit/符号。 7、若连续信源输出信号的平均功率为1瓦特，则输出信号幅度的概率密度函数为高斯分布(或()0,1x N 2 2 x - )时，信源具有最大熵，其值为 0.6155hart(或 1.625bit 或 1lg 22 e π)。 8、即时码是指任一码字都不是其它码字的前缀。 9、无失真信源编码定理指出平均码长的理论极限值为信源熵(或H r (S)或()lg H s r )，此时编码效率为 1 ，编码后的信息传输率为 lg r bit/码元。 10、一个事件发生的概率为0.125，则自信息量为 3bit/符号。 11、信源的剩余度主要来自两个方面，一是信源符号间的相关性，二是信源符号概率分布的不均匀性。 12、m 阶马尔可夫信源的记忆长度为 m+1 ，信源可以有 q m 个不同的状态。 13、同时扔出一对均匀的骰子，当得知“两骰子面朝上点数之和为2”所获得的信息量为 lg36=5.17 比特，当得知“面朝上点数之和为8”所获得的信息量为 lg36/5=2.85 比特。 14.在下面空格中选择填入的数学符号“=，≥，≤，>”或“<” H(XY) = H(Y)+H(X ∣Y) ≤ H(Y)+H(X)

信息论基础理论与应用考试题及答案

信息论基础理论与应用考试题一﹑填空题（每题2分，共20分） 1.信息论研究的目的就是要找到信息传输过程的共同规律，以提高信息传输的（可靠性）﹑（有效性）﹑保密性和认证性，使信息传输系统达到最优化。（考点：信息论的研究目的） 2.电视屏上约有500×600=3×510个格点，按每点有10个不同的灰度等级考虑，则可组成5 31010?个不同的画面。按等概计算，平均每个画面可提供的信息量约为（610bit /画面）。（考点：信息量的概念及计算） 3.按噪声对信号的作用功能来分类信道可分为（加性信道）和（乘性信道）。（考点：信道按噪声统计特性的分类） 4.英文电报有32个符号（26个英文字母加上6个字符），即q=32。若r=2，N=1，即对信源S 的逐个符号进行二元编码，则每个英文电报符号至少要用（5）位二元符号编码才行。（考点：等长码编码位数的计算） 5.如果采用这样一种译码函数，它对于每一个输出符号均译成具有最大后验概率的那个输入符号，则信道的错误概率最小，这种译码规则称为（最大后验概率准则）或（最小错误概率准则）。（考点：错误概率和译码准则的概念） 6.按码的结构中对信息序列处理方式不同，可将纠错码分为（分组码）和（卷积码）。（考点：纠错码的分类） 7.码C=｛（0，0，0，0），（0，1，0，1），（0，1，1，0），（0，0，1，1）｝是（（4， 2））线性分组码。（考点：线性分组码的基本概念） 8.定义自信息的数学期望为信源的平均自信息量，即（11()log ()log ()()q i i i i H X E P a P a P a =??==-????∑）。

信息论的应用

学号：201122010835 姓名：李毅信息论在图像处理中的应用摘要：把信息论的基本原理应用到图像处理中具有十分重要的价值。本文主要从评估图像捕捉部分性能的评估、图像分割算法这两个个方面阐述信息论在图像处理中的应用。通过理论分析来说明使用信息论的基本理论对图像处理的价值。关键字：信息论；图像捕捉；图像分割第1章引言随着科学技术的不断发展，人们对图形图像认识越来越广泛，图形图像处理的应用领域也将随之不断扩大。为了寻找快速有效的图像处理方法，信息理论越来越多地渗透到图像处理技术中。文章介绍了信息论基本理论在图像处理中的应用，并通过理论分析说明其价值。把通信系统的基本理论信息论应用于采样成像系统，对系统作端到端的系统性能评价，从而优化采样成像系统的设计，是当前采样成像系统研究的分支之一。有些图像很繁杂，而我们只需要其中有意义的一部分，图像分割就是将图像分为一些有意义的区域，然后对这些区域进行描述，就相当于提取出某些目标区域图像的特征，随后判断这些图像中是否有感兴趣的目标。第2章图像捕捉部分性能评估 2.1 图像捕捉的数学模型图像捕捉过程如图1所示。G 为系统的稳态增益，),(y x p 是图像捕捉设备的空间响应函数，),(y x n p 是光电探索的噪声。),(y x comb 代表采样网格函数，),(),,(y x s y x o 分别为输入、输出信号。在这种模型下的输出信号 ),(),()],(),([),(y x n y x comb y x p y x Go y x s p +*= 其中，∑--= n m n y m x y x comb ,),(),(δ，代表在直角坐标系下，具有单位采样间隔的采样设备的采样函数。

信息论基础》试卷(期末A卷

重庆邮电大学2007/2008学年2学期《信息论基础》试卷（期末）（A卷）（半开卷）一、填空题（本大题共10小空，每小空1分，共20分） 1.按信源发出符号所对应的随机变量之间的无统计依赖关系，可将离散信源分为有记忆信源和无记忆信源两大类。 2.一个八进制信源的最大熵为3bit/符号 3.有一信源X，其概率分布为 123 x x x X 111 P 244 ?? ?? ? = ?? ? ?? ?? ，其信源剩余度为94.64%；若对该信源进行十次扩展，则每十个符号的平均信息量是 15bit。 4.若一连续消息通过放大器，该放大器输出的最大瞬间电压为b，最小瞬时电压为a。若消息从放大器中输出，则该信源的绝对熵是∞；其能在每个自由度熵的最大熵是log（b-a）bit/自由度；若放大器的最高频率为F，则单位时间内输出的最大信息量是 2Flog（b-a）bit/s. 5. 若某一信源X，其平均功率受限为16w，其概率密度函数是高斯分布时，差熵的最大值为1 log32e 2 π；与其熵相等的非高斯分布信源的功率为16w ≥ 6、信源编码的主要目的是提高有效性，信道编码的主要目的是提高可靠性。 7、无失真信源编码的平均码长最小理论极限制为信源熵（或H(S)/logr= H r(S)）。 8、当R=C或（信道剩余度为0）时，信源与信道达到匹配。 9、根据是否允许失真，信源编码可分为无失真信源编码和限失真信源编码。 10、在下面空格中选择填入数学符号“,,, =≥≤?”或“?” （1）当X和Y相互独立时，H（XY）=H(X)+H(X/Y)。（2）假设信道输入用X表示，信道输出用Y表示。在无噪有损信道中，H(X/Y)> 0, H(Y/X)=0,I(X;Y)

信息论基础理论与应用考试题及答案

信息论基础答案2

《信息论基础》答案一、填空题（共15分，每空1分） 1、若一连续消息通过某放大器，该放大器输出的最大瞬时电压为b,最小瞬时电压为a。若消息从放大器中输出，则该信源的绝对熵是无穷大；其能在每个自由度熵的最大熵是log b-a 。 2、高斯白噪声信道是指信道噪声服从正态分布，且功率谱为常数。 3、若连续信源的平均功率为 5 W,则最大熵为1.2 Iog10 e ，达到最大值的条件是高斯信道。 4、离散信源存在剩余度的原因是信源有记忆（或输岀符号之间存在相关性）和不等概。 5、离散无记忆信源在进行无失真变长信源编码时，编码效率最大可以达到 1 。 6、离散无记忆信源在进行无失真变长信源编码时，码字长度是变化的。根据信源符号的统计特性，对概率大的符号用短码,对概率小的符号用长码,这样平均码长就可以降低，从而提高编码效率。 7、八进制信源的最小熵为0 ，最大熵为3bit 。 8、一个事件发生概率为，则自信息量为3bit 。 9、在下面空格中选择填入数字符号“，，，”或“ <” H XY 二HY HXY HY H X 二、判断题（正确打"，错误打X）（共5分，每小题1分） 1）离散无（"）记忆等概信源的剩余度为0 。 2) 离散无记忆信源N次扩展源的熵是原信息熵的N倍(") 3) 互信息可正、可负、可为零。 (") 4) 信源的真正功率P 永远不会大于熵功率P ，即P P (X ) 5) 信道容量与信源输出符号的概率分布有关。 (X ) 、（5分）已知信源的概率密度函数p x如下图所示，求信源的相对熵

* p x 0.5 4 h x 2 p x log p x dx 1bit自由度四、（15分）设一个离散无记忆信源的概率空间为P x 0.5 0.5 它们通过干扰信道，信道输出端的接收信号集为丫= 示。试计算：（1）信源X中事件x的自信息量；（3分）（2）信源X的信息熵；（3分）（3）共熵H XY ; （ 3 分）（4）噪声熵H Y X ；（3分）（5）收到信息丫后获得的关于信源X的平均信息量。（1）I x11bit （2）H丄，丄1bit/符号 2 2，已知信道出书概率如下图所（3 分）

信息论基础与编码课后题答案第三章

3-1 设有一离散无记忆信源，其概率空间为12()0.60.4X x x P x ???? =? ??? ???? ，信源发出符号通过一干扰信道，接收符号为12{,}Y y y =，信道传递矩阵为516 61344P ???? =? ?????? ? ，求：（1）信源X 中事件1x 和2x 分别含有的自信息量；（2）收到消息j y （j ＝1，2）后，获得的关于i x （i ＝1，2）的信息量；（3）信源X 和信宿Y 的信息熵；（4）信道疑义度(/)H X Y 和噪声熵(/)H Y X ；（5）接收到消息Y 后获得的平均互信息量(;)I X Y 。解：（1）12()0.737,() 1.322I x bit I x bit == （2）11(;)0.474I x y bit =，12(;) 1.263I x y bit =-，21(;) 1.263I x y bit =-， 22(;)0.907I x y bit = （3）()(0.6,0.4)0.971/H X H bit symbol == ()(0.6,0.4)0.971/H Y H bit symbol == （4）()(0.5,0.1,0.1,0.3) 1.685/H XY H bit symbol == (/) 1.6850.9710.714/H X Y bit symbol =-= (/)0.714/H Y X bit symbol = （5）(;)0.9710.7140.257/I X Y bit symbol =-= 3-2 设有扰离散信道的输入端是以等概率出现的A 、B 、C 、D 四个字母。该信道的正确传输概率为0.5，错误传输概率平均分布在其他三个字母上。验证在该信道上每个字母传输的平均信息量为0.21比特。证明：信道传输矩阵为：

信息论基础1答案

16w，其概率密度函数是高斯分布时，差熵的最大值为1log32e π；与其熵相等的非高斯分布信2 源的功率为16w ≥ 6、信源编码的主要目的是提高有效性，信道编码的主要目的是提高可靠性。 7、无失真信源编码的平均码长最小理论极限 (S)）。制为信源熵（或H(S)/logr= H r 8、当R=C或（信道剩余度为0）时，信源与信道达到匹配。 9、根据是否允许失真，信源编码可分为无失真信源编码和限失真信源编码。 10、在下面空格中选择填入数学符号“,,, =≥≤?”或“?” （1）当X和Y相互独立时，H（XY）=H(X)+H(X/Y)。（2）假设信道输入用X表示，信道输出用Y 表示。在无噪有损信道中，H(X/Y)> 0, H(Y/X)=0,I(X;Y)

信息论基础理论与应用考试题及答案.doc

信息论基础理论与应用考试题一、填空题（每题2分，共20分） 1.信息论研究的ri的就是要找到信息传输过程的共同规律，以提高信息传输的（可靠性）、（有效性）、保密性和认证性，使信息传输系统达到最优化。（考点：信息论的研究目的） 2.电视屏上约有500X600=3X 1O,个格点，按每点有10个不同的灰度等级考虑, 则可组成IO’加'个不同的画面。按等概计算，平均每个画面可提供的信息量约为（I（）6bit/画面）。（考点：信息量的概念及计算） 3.按噪声对信号的作用功能来分类信道可分为（加性信道）和（乘性信道）。（考点：信道按噪声统计特性的分类） 4.英文电报有32个符号（26个英文字母加上6个字符），即q二32。若r=2, N=l, 即对信源S的逐个符号进行二元编码，则每个英文电报符号至少要用（5）位二元符号编码才行。（考点：等长码编码位数的计算） 5.如果采用这样一种译码函数，它对于每一个输出符号均译成具有最大后验概率的那个输入符号，则信道的错误概率最小，这种译码规则称为（最大后验概率准则）或（最小错误概率准则）。（考点：错误概率和译码准则的概念） 6.按码的结构中对信息序列处理方式不同，可将纠错码分为（分组码）和（卷积也。（考点：纠错码的分类） 7.码C=（（0, 0, 0, 0）, （0, 1, 0, 1）, （0, 1, 1, 0）, （0, 0, 1, 1）｝是（Gb 2）?线性分组码。（考点：线性分组码的基本概念） 8.定义自信息的数学期望为信源的平均自信息量，即 MB | q

（H（X） = E log—— =-￡p（%）logP（q））。 P（q）/=i ■ ■ ■ （考点：平均信息量的定义） 9.对于一个（n,k）分组码，其最小距离为d,那么，若能纠正t个随机错误，同时能检测e （eNt）个随机错误，则要求（dNt+e+1 ）。（考点：线性分组码的纠检错能力概念） 10.和离散信道一?样，对于固定的连续信道和波形信道都有一?个最大的信息传输速率，称之为（信道容量）。（考点：连续信道和波形信道的信道容量）二、判断题（每题2分，共10分） 1.信源剩余度的大小能很好地反映离散信源输出的符号序列中符号之间依赖关系的强弱，剩余度越大，表示信源的实际嫡越小。（对）（考点：信源剩余度的基本概念） 2.信道的噪声是有色噪声，称此信道为有色噪声信道，一?般有色噪声信道都是无记忆信道。（错）（考点：有色噪声信道的概念） 3.若一组码中所有码字都不相同，即所有信源符号映射到不同的码符号序列，则称此码为非奇异码。（对）（考点：非奇异码的基本概念） 4.在一个二元信道的n次无记忆扩展信道中，输入端有2。个符号序列可以作为消息。（对） 5.卷积码的纠错能力随着约束长度的增加而增大，-?般情况下卷积码的纠错能力劣于分组码。（错）（考点：卷积码的纠错能力）三、名词解释（每题3分，共12分） 1 .信源编码

《信息论基础》课程教学大纲

《信息论基础》课程教学大纲一、《信息论基础》课程说明（一）课程代码：14131054 （二）课程英文名称：Information Theory （三）开课对象：信息管理与信息系统专业（四）课程性质：信息论是20世纪40年代后期从长期通讯实践中总结出来的一门学科，是研究信息的有效处理和可靠传输的一般规律的科学。本课程是信息管理与信息系统本科的专业课。它应用近代数理统计方法研究信息传输、存贮和处理，并在长期通信工程实践中不断发展。因而它是一门新兴科学，亦称为通信的数学理论。建立在通信理论的数学知识基础之上的信息论在数据压缩、调制解调器、广播、电视、卫星通信，计算机存储，因特网通讯，密码学等方面有着广泛的用途。要使学生领会信息论的基本思想，具备解决实际问题的能力。从而学习信息论基础，是将信息论渗透到并应用于更广泛的各种科学技术领域的必经之路，也有助于进一步发展和深化信息概念与信息理论。先修课程为概率论与数理统计（五）教学目的：本课程是信息管理与信息系统本科生的专业课，采用概率论与随机过程等数学方法研究信息的测度、信道容量以及信源与信道编码等理论问题；主要目的是让学生了解Shannon信息论的基本内容，掌握其中的基本公式和基本运算，培养利用信息论的基本原理分析和解决实际问题的能力，为进一步学习通信和信息以及其他相关领域的高深技术奠定良好的理论基础。（六）教学内容：掌握熵与互信息的概念，性质与计算；掌握离散信源熵的计算；掌握离散信源编码定理与Huffman编码方法；掌握特殊离散无记忆信道与高斯信道容量的计算；掌握信道编码定理；理解R（d）函数与有失真的信源编码定理. （七）学时数、学分数及学时数具体分配学时数： 36 分数： 2 （八）教学方式：采用多媒体教学方式（九）考核方式和成绩记载说明考试方式将结合平时作业、平时考核(40%)、期末考试(60%)的各个环节。使学生能够注重平时学习的过程，改变学生从应试型到能力型。考试内容侧重于基本概念、

朱雪龙《应用信息论基础》习题答案

Information Theory & Coding信息论与编码(英文版)信息论基础绪论

信息论基础绪论科学技术的发展使人类正在进入一个新的时代，这个时代的主要特征之一是对信息的需求和利用，因此有人称它为信息时代。一)什么是信息？信息至今无确切定义，但是它是一种人人皆知的抽象概念，是一种不言自明的概念。正像什么是“人”的概念一样，不言自明，人人皆知。信息虽无确切定义，但是却具有两个明显的特征：广泛性与抽象性。所谓广泛性可从以下三方面来理解： 1)客观世界充满着信息：天上的星体、地下的矿藏，一切客观物质无不具有自己的特征信息。 2)人类离不开信息：人的五官在不停地感知、接收信息；人的神经系统在不停地传递信息；人的大脑则在不停地处理与决策信息；人与人之间又在不停地交流信息；人活在世上百分之百时间都在自觉与不自觉地与信息打交道。 3)知识、书本是有用信息的积累：人类依靠知识改造自然，适应自然，靠知识促进社会的发展与进步。所谓抽象性则是指：信息是组成客观世界并促进社会发展的最基本的三大要素之一。三大要素是：物质、能量与信息。三要素中物质是基础，是实体。能量是物质运动的形式，E=mc2，物质可转换成能量，而能量又是改造客观世界的主要动力。信息：它依附于物质和能量，但又不同于物质和能量。没有信息就不能更好地利用物质和能量，人类利用信息和知识改造物质，创造新物质，提高能量利用效率，发现新能量形式。信息也是客观存在的，它是人类认识、改造客观世界的主要动力，是人类认识客观世界的更高层次。就狭义而言，在通信中对信息的表达分为三个层次：信号、消息、信息。信号：是信息的物理表达层，是三个层次中最具体的层次。它是一个物理量，是一个载荷信息的实体，可测量、可描述、可显示。消息：(或称为符号)是信息的数学表达层，它虽不是一个物理量，但是可以定量地加以描述，它是具体物理信号的进一步数学抽象，可将具体物理信号抽象为两大类型： 1)离散(数字)消息，是一组未知量，可用随机序列来描述： U=(U1…U l…U L) 2)连续(模拟)消息，也是未知量，它可用随机过程来描述：U(t,ω) 信息：它是更高层次哲学上的抽象，是信号与消息的更高表达层次。三个层次中，信号最具体，信息最抽象。它们三者之间的关系是哲学上的内涵与外延的关系。这就是说：信息可以认为是具体的物理信号、数学描述的消息的内涵，即信号具体载荷的内容、消息描述的含义。而信号则是抽象信息在物理层表达的外延；消息则是抽象信息在数学层表达的外延。同一信息，可以采用不同的信号形式(比如文字、语言、图象等)来载荷；同一信息，也可以采用不同的数学表达形式(比如离散或连续)来定量描述。同样，同一信号形式，比如“0”与“1”可以表达不同形式的信息，比如无与有、断与通、低与高(电平)等等。二)什么是信息论？它是C.E.Shannon四十年代末期，以客观概率信息为研究对象，从通信的信息传输问题中总结和开拓出来的理论。主要研究的问题： 1)信源的描述，信息的定量度量、分析与计算。

信息论基础及答案

《信息论基础》试卷答案一、填空题（共25分，每空1分） 1、连续信源的绝对熵为无穷大。（或()()lg lim lg p x p x dx +∞ -∞?→∞ --??） 2、离散无记忆信源在进行无失真变长信源编码时，编码效率最大可以达到 1 。 3、无记忆信源是指信源先后发生的符号彼此统计独立。 4、离散无记忆信源在进行无失真变长编码时，码字长度是变化的。根据信源符号的统计特性，对概率大的符号用短码，对概率小的符号用长码，这样平均码长就可以降低，从而提高有效性(传输速率或编码效率) 。 5、为了提高系统的有效性可以采用信源编码，为了提高系统的可靠性可以采用信道编码。 6、八进制信源的最小熵为 0 ，最大熵为 3bit/符号。 7、若连续信源输出信号的平均功率为1瓦特，则输出信号幅度的概率密度函数为高斯分布(或()0,1x N 2 2 x -)时，信源具有最大熵，其值为 0.6155hart(或1.625bit 或1lg 22 e π)。 8、即时码是指任一码字都不是其它码字的前缀。 9、无失真信源编码定理指出平均码长的理论极限值为信源熵(或H r (S)或()lg H s r )，此时编码效率为 1 ，编码后的信息传输率为 lg r bit/码元。 10、一个事件发生的概率为0.125，则自信息量为 3bit/符号。 11、信源的剩余度主要来自两个方面，一是信源符号间的相关性，二是信源符号概率分布的不均匀性。 12、m 阶马尔可夫信源的记忆长度为 m+1 ，信源可以有 q m 个不同的状态。 13、同时扔出一对均匀的骰子，当得知“两骰子面朝上点数之和为2”所获得的信息量为 lg36=5.17 比特，当得知“面朝上点数之和为8”所获得的信息量为 lg36/5=2.85 比特。 14.在下面空格中选择填入的数学符号“=，≥，≤，>”或“<” H(XY) = H(Y)+H(X ∣Y) ≤ H(Y)+H(X)

信息论与编码习题1及答案1

一、（11’）填空题（1）1948年，美国数学家香农发表了题为“通信的数学理论”的长篇论文，从而创立了信息论。（2）必然事件的自信息是0 。（3）离散平稳无记忆信源X的N次扩展信源的熵等于离散信源X的熵的N倍。（4）对于离散无记忆信源，当信源熵有最大值时，满足条件为__信源符号等概分布_。（5）若一离散无记忆信源的信源熵H（X）等于2.5，对信源进行等长的无失真二进制编码，则编码长度至少为 3 。（6）对于香农编码、费诺编码和霍夫曼编码，编码方法惟一的是香农编码。（7）已知某线性分组码的最小汉明距离为3，那么这组码最多能检测出_2_______个码元错误，最多能纠正___1__个码元错误。（8）设有一离散无记忆平稳信道，其信道容量为C，只要待传送的信息传输率R__小于___C（大于、小于或者等于），则存在一种编码，当输入序列长度n足够大，使译码错误概率任意小。（9）平均错误概率不仅与信道本身的统计特性有关，还与___译码规则____________和___编码方法___有关二、（9）判断题（1）信息就是一种消息。（）（2）信息论研究的主要问题是在通信系统设计中如何实现信息传输、存储和处理的有效性和可靠性。（）（3）概率大的事件自信息量大。（）（4）互信息量可正、可负亦可为零。（）（5）信源剩余度用来衡量信源的相关性程度，信源剩余度大说明信源符号间的依赖关系较小。（）

（6）对于固定的信源分布，平均互信息量是信道传递概率的下凸函数。（）（7）非奇异码一定是唯一可译码，唯一可译码不一定是非奇异码。（）（8）信源变长编码的核心问题是寻找紧致码（或最佳码），霍夫曼编码方法构造的是最佳码。（）（9）信息率失真函数R(D)是关于平均失真度D 的上凸函数. ( ) 三、（5）居住在某地区的女孩中有25%是大学生，在女大学生中有75%是身高1.6米以上的，而女孩中身高1.6米以上的占总数的一半。假如我们得知“身高1.6米以上的某女孩是大学生”的消息，问获得多少信息量？解：设A 表示“大学生”这一事件，B 表示“身高1.60以上”这一事件，则 P(A)=0.25 p(B)=0.5 p(B|A)=0.75 （2分）故 p(A|B)=p(AB)/p(B)=p(A)p(B|A)/p(B)=0.75*0.25/0.5=0.375 （2分） I(A|B)=-log0.375=1.42bit （1分）四、（5）证明：平均互信息量同信息熵之间满足 I(X;Y)=H(X)+H(Y)-H(XY) 证明： ()()() () ()()()() ()() Y X H X H y x p y x p x p y x p x p y x p y x p Y X I X X Y j i j i Y i j i X Y i j i j i -=??? ???---==∑∑∑∑∑∑log log log ; （2分）同理 ()()() X Y H Y H Y X I -=; （1分）则

信息论基础理论与应用测验题及答案

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信息论基础理论与应用考试题一﹑填空题（每题2分，共20分） 1.信息论研究的目的就是要找到信息传输过程的共同规律，以提高信息传输的（可靠性）﹑（有效性）﹑保密性和认证性，使信息传输系统达到最优化。（考点：信息论的研究目的） 2.电视屏上约有500×600=3×510个格点，按每点有10个不同的灰度等级考虑，则可组成5 31010?个不同的画面。按等概计算，平均每个画面可提供的信息量约为（610bit /画面）。（考点：信息量的概念及计算） 3.按噪声对信号的作用功能来分类信道可分为（加性信道）和（乘性信道）。（考点：信道按噪声统计特性的分类） 4.英文电报有32个符号（26个英文字母加上6个字符），即q=32。若r=2，N=1，即对信源S 的逐个符号进行二元编码，则每个英文电报符号至少要用（5）位二元符号编码才行。（考点：等长码编码位数的计算） 5.如果采用这样一种译码函数，它对于每一个输出符号均译成具有最大后验概率的那个输入符号，则信道的错误概率最小，这种译码规则称为（最大后验概率准则）或（最小错误概率准则）。（考点：错误概率和译码准则的概念） 6.按码的结构中对信息序列处理方式不同，可将纠错码分为（分组码）和（卷积码）。（考点：纠错码的分类） 7.码C=｛（0，0，0，0），（0，1，0，1），（0，1，1，0），（0，0，1，1）｝是（（4，2））线性分组码。（考点：线性分组码的基本概念） 8.定义自信息的数学期望为信源的平均自信息量，即（11()log ()log ()()q i i i i H X E P a P a P a =?? ==-??? ?∑）。

信息论基础复习提纲

第一章绪论 1、什么是信息？香农对于信息是如何定义的。答：信息是事物运动状态或存在方式的不确定性的描述(Information is a measure of one's freedom of choice when one selects a message )。 2、简述通信系统模型的组成及各部分的含义。答：（1）、信源：信源是产生消息的源。信源产生信息的速率---熵率。（2）、编码器：编码器是将消息变成适合于信道传送的信号的设备。包括信源编码器（提高传输效率）、信道编码器（提高传输可靠性）、调制器。（3）、信道：信道是信息传输和存储的媒介。（4）、译码器：译码是编码的逆变换，分为信道译码和信源译码。（5）、信宿：信宿是消息的接收者（人或机器）。 3、简述香农信息论的核心及其特点。答：（1）、香农信息论的核心：在通信系统中采用适当的编码后能够实现高效率和高可靠性的信息传输，并得出了信源编码定理和信道编码定理。（2）、特点：①、以概率论、随机过程为基本研究工具。 ②、研究的是通信系统的整个过程，而不是单个环节，并以编、译码器为重点。 ③、关心的是最优系统的性能和怎样达到这个性能（并不具体设计系统）。 ④、要求信源为随机过程，不研究信宿。第二章信息的度量 2.1 自信息和互信息 1、自信息（量）：（1）、定义：一个事件（消息）本身所包含的信息量，它是由事件的不确定性决定的。某个消息i x 出现的不确定性的大小定义为自信息，用这个消息出现的概率的对数的负值来表示： ()()() i i i x p x p x I 1 log log =-=

信息论基础》试卷(期末A卷

《信息论基础》答案一、填空题（本大题共10小空，每小空1分，共20分） 1.按信源发出符号所对应的随机变量之间的无统计依赖关系，可将离散信源分为有记忆信源和无记忆信源两大类。 2.一个八进制信源的最大熵为3bit/符号 3.有一信源X ，其概率分布为1 23x x x X 1 11 P 244?? ?? ?=?? ????? ，其信源剩余度为94.64%；若对该信源进行十次扩展，则每十个符号的平均信息量是 15bit 。 4.若一连续消息通过放大器，该放大器输出的最大瞬间电压为b ，最小瞬时电压为a 。若消息从放大器中输出，则该信源的绝对熵是∞；其能在每个自由度熵的最大熵是log （b-a ）bit/自由度；若放大器的最高频率为F ，则单位时间内输出的最大信息量是 2Flog （b-a ）bit/s. 5. 若某一信源X ，其平均功率受限为16w ，其概率密度函数是高斯分布时，差熵的最大值为 1lo g 32e 2 π；与其熵相等的非高斯分布信源的功率为16w ≥ 6、信源编码的主要目的是提高有效性，信道编码的主要目的是提高可靠性。 7、无失真信源编码的平均码长最小理论极限制为信源熵（或H(S)/logr= H r (S)）。 8、当R=C 或（信道剩余度为0）时，信源与信道达到匹配。 9、根据是否允许失真，信源编码可分为无失真信源编码和限失真信源编码。 10、在下面空格中选择填入数学符号“,,,=≥≤?”或“?” （1）当X 和Y 相互独立时，H （XY ）=H(X)+H(X/Y)。（2）假设信道输入用X 表示，信道输出用Y 表示。在无噪有损信道中，H(X/Y)> 0, H(Y/X)=0,I(X;Y)