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《信息论基础》参考答案一、填空题（共15分，每空1分）1、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。
2、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，二是信源符号的统计不均匀性。
3、三进制信源的最小熵为0，最大熵为32log bit/符号。
4、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)）。
5、当R=C 或（信道剩余度为0）时，信源与信道达到匹配。
6、根据信道特性是否随时间变化，信道可以分为恒参信道和随参信道。
7、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。
8、若连续信源输出信号的平均功率为2σ，则输出信号幅度的概率密度是高斯分布或正态分布或()222x f x σ-=时，信源具有最大熵，其值为值21log 22e πσ。
9、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)=H(Y)+H(X)。
（2）()()1222H X X H X =≥()()12333H X X X H X = （3）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)<H(X)。
二、（6分）若连续信源输出的幅度被限定在【2,6】区域内，当输出信号的概率密度是均匀分布时，计算该信源的相对熵，并说明该信源的绝对熵为多少。
()1,2640,x f x ⎧≤≤⎪=⎨⎪⎩Q 其它()()()62log f x f x dx ∴=-⎰相对熵h x=2bit/自由度该信源的绝对熵为无穷大。
三、（16分）已知信源1234560.20.20.20.20.10.1S s s s s s s P ⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦（1）用霍夫曼编码法编成二进制变长码；（6分） （2）计算平均码长L ;（4分）（3）计算编码信息率R ';（2分）（4）计算编码后信息传输率R ;（2分） （5）计算编码效率η。
信息理论与编码-期末试卷A及答案⼀、填空题（每空1分，共35分）1、1948年，美国数学家发表了题为“通信的数学理论”的长篇论⽂，从⽽创⽴了信息论。
信息论的基础理论是，它属于狭义信息论。
2、信号是的载体，消息是的载体。
3、某信源有五种符号}{,,,,a b c d e ，先验概率分别为5.0=a P ，25.0=b P ，125.0=c P ，0625.0==e d P P ，则符号“a ”的⾃信息量为 bit ，此信源的熵为 bit/符号。
4、某离散⽆记忆信源X ，其概率空间和重量空间分别为1234 0.50.250.1250.125X x x x x P =???和12340.5122X x x x x w=，则其信源熵和加权熵分别为和。
5、信源的剩余度主要来⾃两个⽅⾯，⼀是，⼆是。
6、平均互信息量与信息熵、联合熵的关系是。
7、信道的输出仅与信道当前输⼊有关，⽽与过去输⼊⽆关的信道称为信道。
8、马尔可夫信源需要满⾜两个条件：⼀、；⼆、。
9、若某信道矩阵为010001000001100，则该信道的信道容量C=__________。
10、根据是否允许失真，信源编码可分为和。
11、信源编码的概率匹配原则是：概率⼤的信源符号⽤，概率⼩的信源符号⽤。
（填短码或长码）12、在现代通信系统中，信源编码主要⽤于解决信息传输中的性，信道编码主要⽤于解决信息传输中的性，保密密编码主要⽤于解决信息传输中的安全性。
13、差错控制的基本⽅式⼤致可以分为、和混合纠错。
14、某线性分组码的最⼩汉明距dmin=4，则该码最多能检测出个随机错，最多能纠正个随机错。
15、码字1、0、1之间的最⼩汉明距离为。
16、对于密码系统安全性的评价，通常分为和两种标准。
17、单密钥体制是指。
18、现代数据加密体制主要分为和两种体制。
19、评价密码体制安全性有不同的途径，包括⽆条件安全性、和。
20、时间戳根据产⽣⽅式的不同分为两类：即和。
一．填空１．设Ｘ的取值受限于有限区间［a,b ］，则X 服从 均匀 分布时，其熵达到最大；如X 的均值为μ，方差受限为2σ，则X 服从 高斯 分布时，其熵达到最大。
2．信息论不等式：对于任意实数0>z ，有1ln -≤z z ，当且仅当1=z 时等式成立。
3．设信源为X={0，1}，P （0）=1/8，则信源的熵为 )8/7(log 8/78log 8/122+比特/符号，如信源发出由m 个“0”和（100-m ）个“1”构成的序列，序列的自信息量为)8/7(log )100(8log22m m -+比特/符号。
4．离散对称信道输入等概率时，输出为 等概 分布。
5．根据码字所含的码元的个数，编码可分为 定长 编码和 变长 编码。
6．设DMS 为⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡03.007.010.018.025.037.0.654321u u u u u u P U U ，用二元符号表}1,0{21===x x X 对其进行定长编码，若所编的码为{000，001，010，011，100，101}，则编码器输出码元的一维概率=)(1x P 0.747 , =)(2x P 0.253 。
12设有ＤＭＣ，其转移矩阵为[]⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=2/16/13/13/12/16/16/13/12/1|XY P ，若信道输入概率为[][]25.025.05.0=X P ，试确定最佳译码规则和极大似然译码规则，并计算出相应的平均差错率。
解：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=8/124/112/112/18/124/112/16/14/1][XYP最佳译码规则：⎪⎩⎪⎨⎧===331211)()()(ab F a b F a b F ，平均差错率为1-1/4-1/6-1/8=11/24；极大似然规则：⎪⎩⎪⎨⎧===332211)()()(ab F a b F a b F ，平均差错率为1-1/4-1/8-1/8=1/2。
安徽大学2011—2012学年第1学期 《信息论》考试试卷（AB 合卷）院/系 年级 专业 姓名 学号一、填空题1、接收端收到y 后，获得关于发送的符号是x 的信息量是 。
2、香农信息的定义 。
3、在已知事件z Z ∈的条件下，接收到y 后获得关于事件x 的条件互信息(;|)I x y z 的表达式为 。
4、通信系统模型主要分成五个部分分别为： 。
5、研究信息传输系统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、 和 ，使信息传输系统达到最优化。
6、某信源S 共有32个信源符号，其实际熵H ∞=1.4比特/符号，则该信源剩余度为 。
7、信道固定的情况下，平均互信息(;)I X Y 是输入信源概率分布()Px 的 型凸函数。
信源固定的情况下，平均互信息(;)I X Y 是信道传递概率(|)P y x 的 型凸函数。
8、当信源与信道连接时，若信息传输率达到了信道容量，则称此信源与信道达到匹配。
信道剩余度定义为 。
9、已知信源X 的熵H (X )=0.92比特/符号,则该信源的五次无记忆扩展信源X 5的信息熵5()H X = 。
10、将∞H ，6H ，0H ，4H ，1H 从大到小排列为 。
11、根据香农第一定理，对于离散无记忆信源S ，用含r 个字母的码符号集对N 长信源符号序列进行变长编码，总能找到一种无失真的唯一可译码，使每个信源符号所需平均码长满足： 。
12、多项式剩余类环[]())q F x f x 是域的充要条件为 。
13、多项式剩余类环[](1)n q F x x -的任一理想的生成元()g x 与1n x -关系为 。
14、有限域122F 的全部子域为 。
15、国际标准书号（ISBN ）由十位数字12345678910a a a a a a a a a a 组成（诸i a ∈11F ，满足：1010(mod11)ii ia=≡∑），其中前九位均为0-9，末位0-10，当末位为10时用X 表示。
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123x x xX111P244⎛⎫⎡⎤ ⎪=⎢⎥ ⎪⎣⎦⎝⎭，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1log32e2π；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)<H(X)。
二、掷两粒骰子，各面出现的概率都是1/6，计算信息量：1.当点数和为3时，该消息包含的信息量是多少？2.当点数和为7是，该消息包含的信息量是多少？3.两个点数中没有一个是1的自信息是多少？解：1.P （“点数和为3”）=P （1,2）+ P （1,2）=1/36+1/36=1/18 则该消息包含的信息量是：I=-logP （“点数和为3”）=log18=4.17bit2.P （“点数和为7”）=P （1,6）+ P （6,1）+ P （5,2）+ P （2,5）+ P （3,4）+ P （4,3）=1/36 ⨯6=1/6 则该消息包含的信息量是：I=-logP （“点数和为7”）=log6=2.585bit3.P （“两个点数没有一个是1”）=1-P （“两个点数中至少有一个是1”） =1-P(1,1or1,jori,1)=1-(1/36+5/36+5/36)=25/36则该消息包含的信息量是：I=-logP （“两个点数中没有一个是1”）=log25/36=0.53bit三、设X 、Y 是两个相互统计独立的二元随机变量，其取-1或1的概率相等。
考试科目名称：信息论一. 单选（每空2分，共20分）1.信道编码的目的是（C ），加密编码的目的是（D ）。
A．保证无失真传输B．压缩信源的冗余度，提高通信有效性C．提高信息传输的可靠性D．提高通信系统的安全性2.下列各量不一定为正值的是（D ）A．信源熵B．自信息量C．信宿熵D．互信息量3.下列各图所示信道是有噪无损信道的是（B ）A．B．C．D．4.下表中符合等长编码的是（ A ）5.联合熵H（XY）与熵H（X）及条件熵H（X/Y）之间存在关系正确的是（A ）A．H（XY）＝H（X）＋H（Y／X）B．H（XY）＝H（X）＋H（X／Y）C．H（XY）＝H（Y）＋H（X）D．若X和Y相互独立，H（Y）=H（YX）6.一个n位的二进制数，该数的每一位可从等概率出现的二进制码元（0，1）中任取一个，这个n位的二进制数的自信息量为（C ）A．n2B．1 bitC．n bitnD．27.已知发送26个英文字母和空格，其最大信源熵为H0 = log27 = 4.76比特/符号；在字母发送概率不等时，其信源熵为H1 = 4.03比特/符号；考虑字母之间相关性时，其信源熵为H2 = 3.32比特/符号；以此类推，极限熵H=1.5比特/符号。
问若用一般传送方式，冗余度为（ B ）∞A．0.32B．0.68C ．0.63D ．0.378. 某对称离散信道的信道矩阵为 ，信道容量为（ B ）A ．)61,61,31,31(24log H C -= B ．)61,61,31,31(4log H C -= C ．)61,61,31,31(2log H C -= D ．)61,31(2log H C -= 9. 下面不属于最佳变长编码的是（ D ）A ．香农编码和哈夫曼编码B ．费诺编码和哈夫曼编码C ．费诺编码和香农编码D ．算术编码和游程编码二. 综合（共80分）1. （10分）试写出信源编码的分类，并叙述各种分类编码的概念和特性。
第1讲2、信息论开创人是谁？ 香农。
3、信息和消息、信号有什么联系与区别？从信息理论角度上看，信号是消息的载体，信息含藏在消息当中，有信号有消息不必然有信息。
4、通信系统的要紧性能指标是什么？ 有效性、靠得住性和平安性。
5、举例说明信息论有哪些应用？为信息传送和处置系统提供数学模型和评估方式，在通信和信息处置领域是一门基础理论，在其它领域如语言学、生物学、医学、神经网络、经济学方面的应用也很成功。
具体应用实例有：语音、图像和数据信息的紧缩，通信信道有效性和靠得住性的提高，或信道传输功率指标要求的降低，通信或运算机系统靠得住性和平安性的提高，信息处置领域的信号重建和模式识别等。
（求车牌自信息量）某车牌号的概率是(1/26)3×(1/10)3，24bit/牌，后一种概率为(1/36)6，31bit/牌， 第2讲设二元对称信道的传递矩阵(条件概率矩阵)为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡32313132若P(0) = 3/4, P(1) = 1/4，求H(X), H(Y), H(X/Y), H(Y/X)和I(X;Y)； 先求P(Y)=∑X P(XY)和P(XY)=P(X)P(Y|X)，再得各类熵和互信息。
H(X)=H(3/4,1/4), H(Y)=H(7/12,5/12);H(XY)=H(1/2,1/4,1/12,1/6); H(X/Y)=H(XY)-H(Y)H(Y/X)=H(XY)-H(X)；或H(Y/X)=∑P(X=a)H(Y/a)=H(3/4,1/4)I(X;Y)=H(X)-H(X/Y)=H(X)+H(Y)-H(XY)；（求条件信息量）1.6米以上女孩是条件，某个1.6米以上的女大学生是概率事件，得条件概率为：P=×==3/8，信息量为I= =比特。
(1)(2)（由联合概率散布求熵、联合熵和条件熵）（1）思路：先求出X、Y、Z、XZ、YZ、XYZ的概率或联合散布，再求其熵。
如：P(Z=XY=0)=1-P(XY=1)=7/8，P(ZX=1)=P(YX=1)=1/8,..(2)思路：通过X、Y、Z及其联合概率散布求X/Y等条件概率散布P(X/Y)=P(XY)/P(Y)，再求其熵H(X/Y)=∑P(Y=b)H(X/b)。
