信息论基础理论与应用考试题及答案

《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）﹑XX 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531010⨯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：信息量的概念与计算）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 =⎡⎤==-⎢⎥⎣⎦∑）。

（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（e≥t）个随机错误，则要求（d≥t+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）。

2-1 同时掷两个正常的骰子，也就是各面呈现的概率都是1/6，求： （1）“3和5同时出现” 这事件的自信息量。

（2）“两个1同时出现” 这事件的自信息量。

（3）两个点数的各种组合（无序对）的熵或平均信息量。

（4）两个点数之和（即2，3，…，12构成的子集）的熵。

（5）两个点数中至少有一个是1的自信息。

解：（1）设X 为‘3和5同时出现’这一事件，则P （X ）=1/18，因此 17.418log)(log)(22==-=x p X I (比特)（2）设‘两个1同时出现’这一事件为X ，则P （X ）=1/36，因此 17.536log)(log)(22==-=x p X I (比特)(3 ) “两个相同点数出现”这一事件的概率为1/36,其他事件的概率为1/18,则 337.418log181536log366)(22=+=X H (比特/组合)（4）222222111111()[log 36log 18()log 12()log 936181836181811136111()log ]2()log 6 3.44(/)1818365181818H X =++++++++⨯+++=比特两个点数之和（5）两个点数至少有一个为1的概率为P （X ）= 11/36 71.13611log)(2=-=X I （比特）2-6设有一离散无记忆信源，其概率空间为⎪⎪⎭⎫⎝⎛=====⎪⎪⎭⎫⎝⎛8/134/124/118/304321x x x x PX该信源发出的信息符号序列为（202 120 130 213 001 203 210 110 321 010 021 032 011 223 210），求：（1） 此信息的自信息量是多少？（2） 在此信息中平均每个符号携带的信息量是多少？ 解：（1）由无记忆性，可得序列）（比特/18.87)3(6)2(12)1(13)0(14=+++=I I I I（2）符号）（比特/91.145/==I H 2-9在一个袋中放有5个黑球、10个白球，以摸一个球为一次实验，摸出的球不再放进去。

一.填空题（每空1分，共20分）1.香农信息论的三个基本概念分别为_______________ 、_____________ 、 ____________ 。

2•对离散无记忆信源来说，当信源呈_______________ 分布情况下，信源熵取最大值。

3•写出平均互信息的三种表达公式________________ 、_____________ 、 ____________ 。

4.若连续信源输出的平均功率和均值被限定，则其输出信号幅度的概率密度函数为______________ 时，信源具有最大熵值；若连续信源输出非负信号的均值受限，则其输出信号幅度呈____________ 分布时，信源具有最大熵值。

5. ________________________________ 信道容量是为了解决通信的_________________________ 问题，而信息率失真函数是为了解决通信的___________ 问题。

6. ______________________________________________________ 费诺编码比较适合于的信源。

7•无记忆编码信道的每一个二元符号输出可以用多个比特表示，理想情况下为实数，此时的无记忆二进制信道又称为__________________________ 。

&差错控制的4种基本方式是：_________________ 、_____________ 、 ____________ 、______________ 。

9 . （n,k）线性码能纠t个错误，并能发现I个错误（l>t）,码的最小距离为：10.循环码码矢的i次循环移位等效于将码多项式乘___________________ 后再模______________ 。

二.简答题（每小题5分，共30分）1 •分别说明平均符号熵与极限熵的物理含义并写出它们的数学表达式。

2•写出二进制均匀信道的数学表达式，并画出信道容量C与信道转移概率 p的曲线图。

第4章作业1. 设输入符号表与输出符号表为X ＝Y ＝{0，1，2，3}，且输入信号的分布为p (X = i ) = 1/4，i ＝0，1，2，3，设失真矩阵为0111101111011110⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦d 求D min 、D max 和R (D min )、R (D max )以及相应的编码器转移概率矩阵，并求出信源的R(D)函数，画出其曲线（取4至5个点）。

解：10110 41011A A n A P n A A n -⎡⎤⎢⎥⎡⎤-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=↔==⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎣⎦⎢⎥-⎣⎦d有114i p n ==得：()()111011i ji ij ijA AD p P d n n n A n n n-==-⨯⨯+⨯⨯=--∑∑所以1A D =-，进而：()()1111j i ji iA A q p P n n n n n-==+-⨯=-∑()()()()()()()()()1111 ,,,,,1111 ,,1,,,11 log 1log 11log11log ,1log 1 2,1log 3j ji R D H q H p AA H H A n n n n D D H H D n n n n D Dn D D n n n n H D D D n H D D D ==--⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭⎛⎫⎛⎫=-- ⎪ ⎪--⎝⎭⎝⎭=+--+-⨯--=----=--- ()minmin 0,2D R D bit ==，此时1000010000100001⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦P()maxmax 3/4,0D R D ==，此时1000100010001000⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦P2. 设输入符号为X ＝{0，1}，输出符号为Y ＝{0，1}。

输入信号的概率分布为P ＝(1/2，1/2)，失真函数为d (0，0) = d (1，1) = 0，d (0，1) =d (1，0) =α。

信息论试题一、选择题1. 信息论的创始人是（）。

A. 克劳德·香农B. 艾伦·图灵C. 约翰·冯·诺伊曼D. 阿兰·麦席森2. 下列哪个选项是信息论中信息熵的计算公式？（）。

A. H(X) = -ΣP(x)log_2P(x)B. H(X) = ΣP(x)xC. H(X) = 1/ΣP(x)D. H(X) = log_2(1/P(x))3. 在信息论中，互信息用于衡量两个随机变量之间的（）。

A. 独立性B. 相关性C. 非线性D. 周期性4. 以下哪个不是信息论的应用领域？（）。

A. 通信系统B. 密码学C. 机器学习D. 生物遗传学5. 香农极限是指（）。

A. 信息传输的最大速率B. 信息压缩的最小冗余度C. 信道容量的理论上限D. 编码长度的最优解二、填空题1. 信息论中的信息熵是衡量信息的不确定性或________的度量。

2. 互信息表示两个随机变量之间共享的信息量，它是衡量两个变量之间________的指标。

3. 香农在1948年发表的论文《________》奠定了信息论的基础。

4. 在数字通信中，信道容量可以通过公式________来计算。

5. 信息论不仅在通信领域有广泛应用，它还对________、数据分析等产生了深远影响。

三、简答题1. 简述信息论的基本原理及其在现代通信中的作用。

2. 描述香农信息论中的主要概念及其相互之间的关系。

3. 说明信息论如何应用于数据压缩技术，并给出一个实际例子。

4. 讨论信息论对于密码学和信息安全的贡献。

四、论述题1. 论述信息论对于人工智能和机器学习领域的影响及其潜在的应用前景。

2. 分析信息论在生物信息学中的应用，以及如何帮助我们更好地理解生物系统的复杂性。

3. 探讨信息论在社会网络分析中的应用，以及它如何帮助我们理解和预测社会行为模式。

4. 评述信息论在量子通信和量子计算中的潜在作用及其对未来科技发展的意义。

一、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。

定义另一个二元随机变量Z ，取Z=YX （一般乘积）。

试计算：1.H （Y ）、H （Z ）；2.H （YZ ）；3.I （X;Y ）、I （Y;Z ）； 二、如图所示为一个三状态马尔科夫信源的转移概率矩阵1. 绘制状态转移图；2. 求该马尔科夫信源的稳态分布；3. 求极限熵；三、在干扰离散对称信道上传输符号1和0，已知P （0）=1/4,P(1)=3/4,试求：1. 信道转移概率矩阵P2.信道疑义度3.信道容量以及其输入概率分布 四、某信道的转移矩阵⎥⎦⎤⎢⎣⎡=1.006.03.001.03.06.0P ，求信道容量，最佳输入概率分布。

五、求下列各离散信道的容量（其条件概率P(Y/X)如下：）六、求以下各信道矩阵代表的信道的容量答案一、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。

定义另一个二元随机变量Z ，取Z=YX （一般乘积）。

试计算：1.H （Y ）、H （Z ）；2.H （XY ）、H （YZ ）；3.I （X;Y ）、I （Y;Z ）； 解：1. 2i 11111H Y P y logP y log log 2222i i =⎡⎤=-+⎢⎥⎣⎦∑（）=-（）（）=1bit/符号 Z=YX 而且X 和Y 相互独立∴ 1(1)(1)(1)PP X P Y P X ⋅=+=-⋅=-（Z =1）=P(Y=1)= 1111122222⨯+⨯= 2(1)(1)(1)P P X P Y P X ⋅=-+=-⋅=（Z =-1）=P(Y=1)= 1111122222⨯+⨯=故H(Z)= i2i1(z )log (z )i P P =-∑=1bit/符号2.从上式可以看出:Y 与X 的联合概率分布为:H(YZ)=H(X)+H(Y)=1+1=2bit/符号 3.X 与Y 相互独立，故H(X|Y)=H(X)=1bit/符号∴I （X;Y ）=H(X)-H(X|Y)=1-1=0bit/符号I(Y;Z)=H(Y)-H(Y|Z)=H(Y)-[H(YZ)-H(Z)]=0 bit/符号二、如图所示为一个三状态马尔科夫信源的转移概率矩阵2. 绘制状态转移图； 2. 求该马尔科夫信源的稳态分布；3. 求极限熵；解：1.状态转移图如右图 2.由公式31()()(|)j iji i p E P E P EE ==∑,可得其三个状态的稳态概率为：1123223313123111()()()()22411()()()2211()()()24()()()1P E P E P E P E P E P E P E P E P E P E P E P E P E ⎧=++⎪⎪⎪=+⎪⎨⎪=+⎪⎪⎪++=⎩1233()72()72()7P E P E P E ⎧=⎪⎪⎪⇒=⎨⎪⎪=⎪⎩3.其极限熵:3i i 13112112111H = -|E =0+0+72272274243228=1+1+ 1.5=bit/7777i P H H H H ∞=⨯⨯⨯⨯⨯⨯∑（E ）（X ）（，，）（，，）（，，）符号三、在干扰离散对称信道上传输符号1和0，已知P （0）=1/4,P(1)=3/4,试求：2. 信道转移概率矩阵P 2.信道疑义度3.信道容量以及其输入概率分布解：1.该转移概率矩阵为 P=0.90.10.10.9⎡⎤⎢⎥⎣⎦2.根据P （XY ）=P （Y|X ）⋅P （X ），可得联合概率由P （X|Y ）=P(X|Y)/P(Y)可得H(X|Y)=-i jiji j(x y )log x |y =0.09+0.12+0.15+0.035=0.4bit/P P∑，（）符号 3.该信道是对称信道，其容量为：C=logs-H=log2-H （0.9,0.1）=1-0.469=0.531bit/符号这时，输入符号服从等概率分布，即01 11()22XP X⎡⎤⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦四、某信道的转移矩阵⎥⎦⎤⎢⎣⎡=1.06.03.01.03.06.0P，求信道容量，最佳输入概率分布。

一、（25分）如果X 和Y 相互独立，证明X 和Y 的熵满足可加性，即 H(Y)H(X)Y)H(X,+= 证明：设P(x,y)=P(x)P(y),则有1H(X,Y)()()logP()()11()()log()()log ()()11()log()log ()()()()xyxyxy xy P x P y x P y P x P y P x P y P x P y P x P y P x P y H X H Y ==+=+=+∑∑∑∑∑二、（50分）联合总体X ，Y 具有如下联合分布。

XY分别计算(1) 联合熵H(X,Y)是多少？ (2)边缘熵H(X)和H(Y)是多少?(3)对于每一个y 值，条件熵H(X ︱y)是多少？ (4)条件熵H(X ︱Y)是多少？ (5)X 和Y 之间的互信息是多少？ 解答：(1) H(X,Y)=3.375(2) H(X)=2, H(Y)=1.75(3) H(X|y=1)=2,H(X|y=1)=1.875,H(X|y=1)=1.875, H(X|y=4)=0.5(4)H(X|Y)=1.1264(5)I(X;Y)=H(X)-H(X|Y)=2-1.1264=0.8736 三、（25分）考虑一个差错概率为f=0.15的二进制对称信道。

输入总体为x Ω:{0P =0.9，1p =0.1}，假设观察到y=1，请计算(1|1)P x y ==？ 解：(1|1)P x y ===(1|1)(1)(1|)()xP y x P x P y x P x ===∑==9.015.01.085.01.085.0⨯+⨯⨯=22.0085.0=0.39一、（25分）如果X 和Y 相互独立，证明X 和Y 的熵满足可加性，即 H(Y)H(X)Y)H(X,+=二、（50分）联合总体X ，Y 具有如下联合分布。

XY分别计算(1) 联合熵H(X,Y)是多少？ (2)边缘熵H(X)和H(Y)是多少?(3)对于每一个y 值，条件熵H(X ︱y)是多少？ (4)条件熵H(X ︱Y)是多少？ (5)X 和Y 之间的互信息是多少？三、（25分）考虑一个差错概率为f=0.15的二进制对称信道。

1.（15分） 彩色电视显象管的屏幕上有5×105 个象元，设每个象元有64种彩色度，每种彩度又有16种不同的亮度层次，如果所有的彩色品种和亮度层次的组合均以等概率出现并且各个组合之间相互独立。

① 计算每秒传送25帧图象所需要的信道容量； ② 如果在加性高斯白噪声信道上信号与噪声平均功率的比值为63，为实时传送彩色电视的图象，信道的带宽应为多大？2．（15分）已知一个信源包含八个符号消息,它们的概率分布如下表,① 该信源每秒钟内发出一个符号,求该信源的熵及信息传输速率。

② 对八个符号作二进制码元的霍夫曼编码,写出各代码组,并求出编码效率。

③ 对八个符号作三进制码元的霍夫曼编码,写出各代码组,并求出编码效率。

3．（15分）一信源产生概率为995.0)0(,005.0)1(==P P 的统计独立二进制数符。

这些数符组成长度为100的数符组。

我们为每一个含有3个或少于3个“1”的源数符组提供一个二进制码字，所有码字的长度相等。

① 求出为所规定的所有源符组都提供码字所需的最小码长。

② 求信源发出一数符组，而编码器无相应码字的概率。

4．（15分） 求下图中DMC 的信道容量。

如果输入分布为{p(x=0)=1/2，p(x=1)=1/4，p(x=2)=1/4），试求输入的信息熵和经过该信道的输入、输出间的平均互信息量。

5．（15分）设二元（7, 4）线性分组码的生成矩阵为⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡=1000101010011100101100001011G给出该码的一致校验矩阵并写出所有的伴随式和与之相对应的陪集首。

若接收矢量)0001011(=v ，试计算出其对应的伴随式S 并按照最小距离译码准则试着对其译码6．（15分）证明最小错误概率译码与最大似然译码在先验等概的条件下等价。

设M ＝2且两个消息等概，令)0000(1=x ，)1111(2=x 。

通过信道转移概率p<1/2的信道传输。

信息论基础1答案《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：X i X2 X3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2log32 e ；与其熵相等的非高斯分布信源的功率为16w6、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 _「(S))。

&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—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,l(X;Y)<HX)。

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：l=-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) =1/366=1/6则该消息包含的信息量是：l=-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：l=-logP (“两个点数中没有一个是1”) =log25/36=0.53bit三、设X、丫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。

信息论习题集一、名词解释（每词2分）（25道）1、“本体论”的信息（P3）2、“认识论”信息（P3）3、离散信源（11）4、自信息量（12）5、离散平稳无记忆信源（49）6、马尔可夫信源（58）7、信源冗余度 （66）8、连续信源 （68）9、信道容量 （95）10、强对称信道 （99） 11、对称信道 （101-102）12、多符号离散信道（109）13、连续信道 （124） 14、平均失真度 （136） 15、实验信道 （138） 16、率失真函数 （139） 17、信息价值率 （163） 18、游程序列 （181） 19、游程变换 （181） 20、L-D 编码（184）、 21、冗余变换 （184） 22、BSC 信道 （189） 23、码的最小距离 （193）24、线性分组码 （195） 25、循环码 （213） 二、填空（每空1分）（100道）1、 在认识论层次上研究信息的时候，必须同时考虑到形式、含义和效用 三个方面的因素。

2、 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。

3、 按照信息的性质，可以把信息分成语法信息、语义信息和语用信息 。

4、 按照信息的地位，可以把信息分成 客观信息和主观信息 。

5、 人们研究信息论的目的是为了高效、可靠、安全 地交换和利用各种各样的信息。

6、 信息的可度量性 是建立信息论的基础。

7、 统计度量 是信息度量最常用的方法。

8、 熵是香农信息论最基本最重要的概念。

9、 事物的不确定度是用时间统计发生 概率的对数 来描述的。

10、单符号离散信源一般用随机变量描述，而多符号离散信源一般用 随机矢量 描述。

11、一个随机事件发生某一结果后所带来的信息量称为自信息量，定义为 其发生概率对数的负值。

12、自信息量的单位一般有 比特、奈特和哈特 。

13、必然事件的自信息是 0 。

14、不可能事件的自信息量是 ∞ 。

信息论基础试题一、选择题1.下列哪个选项可以正确解释信息论的基本思想？•[ ] A. 信息交流的过程中，信息可以通过信道传递。

•[ ] B. 信息的传递不受噪声的影响。

•[ ] C. 信息的度量可以基于信息内容和概率分布。

•[ ] D. 信息的传输速率与信道带宽成反比例关系。

2.假设信源A生成的符号集X有5个元素，概率分布为P(X)=[0.1, 0.2, 0.4, 0.15, 0.15]。

则信源A的熵为多少？•[ ] A. 1.52•[ ] B. 1.75•[ ] C. 1.97•[ ] D. 2.323.在信息论中，互信息表示什么意思？•[ ] A. 两个随机变量的相关程度。

•[ ] B. 从一个随机变量中获得的信息量。

•[ ] C. 两个随机变量之间的信息交流量。

•[ ] D. 两个随机变量之间的互相依赖程度。

二、填空题1.在信息论中，熵是用来衡量信源的______。

2.信源的熵可以通过概率分布计算，公式为______。

3.信道容量是指在给定的信道条件下，单位时间内可以传输的最大______。

三、简答题1.请简要解释信息熵的概念，并与不确定性联系起来。

答：信息熵是信息论中对信源不确定性的度量。

它衡量了一组符号的平均不确定性，也可以理解为平均信息量。

熵越大，表示源符号的不确定性越大，每个符号所携带的信息量就越多；熵越小，表示源符号的不确定性越小，每个符号所携带的信息量就越少。

通过熵的计算，我们可以衡量一个信源的不确定性，并基于不同的概率分布对不同信源进行比较。

不确定性是指在一个具体的情境中，我们对于某个事件的发生没有确切的判断。

信息熵与不确定性有密切的联系，熵值越高，表示我们对于事件发生的不确定性也越高。

2.什么是信道容量？在实际通信中，如何提高信道的传输容量？答：信道容量是指在给定的信道条件下，单位时间内可以传输的最大信息量。

信道容量受到信道的带宽和信道的噪声水平的影响。

要提高信道的传输容量，可以采取以下几个方法：–扩展信道带宽：增加信道的频率范围，可以提高信道的传输速率和容量。

信息基础论复习题答案一、选择题1. 信息基础论认为，信息是：A. 物质的属性B. 能量的表现形式C. 物质、能量和信息的统一体D. 独立于物质和能量之外的存在答案：C2. 信息的传递需要：A. 物质载体B. 能量C. 时间D. 所有以上选项答案：D3. 信息的基础论中，信息的三个基本特性是：A. 可存储性、可传输性、可处理性B. 可复制性、可共享性、可转换性C. 可识别性、可操作性、可扩展性D. 可测量性、可预测性、可控制性答案：A二、填空题1. 信息基础论认为信息具有_______性，即信息可以在不同的物质载体之间传递。

答案：可传递2. 信息的_______是信息能够被接收者理解和利用的基础。

答案：可理解性3. 在信息基础论中，信息的_______指的是信息在传递过程中保持其内容和结构的完整性。

答案：保真性三、简答题1. 简述信息基础论中信息的定义及其重要性。

答案：信息基础论中，信息被定义为物质、能量和信息的统一体，它不仅包含数据和信号，还包括意义和知识。

信息的重要性体现在它是现代社会沟通、决策和创新的基础，对于提高效率、促进发展具有关键作用。

2. 描述信息基础论中信息的三个基本特性，并解释它们在实际应用中的作用。

答案：信息的三个基本特性包括可存储性、可传输性和可处理性。

可存储性允许信息被保存，为后续使用提供便利；可传输性使得信息能够在不同地点和时间被共享；可处理性则允许信息被分析、整理和转换，以适应不同的应用需求。

四、论述题1. 论述信息基础论对现代信息技术发展的影响。

答案：信息基础论为现代信息技术的发展提供了理论基础。

它强调了信息的可存储性、可传输性和可处理性，这直接推动了存储技术、通信技术和计算机技术的进步。

此外，信息基础论还促进了信息安全、数据挖掘和人工智能等领域的发展，为信息的高效利用和智能处理提供了理论支持。

五、案例分析题1. 请结合一个具体的信息技术应用案例，分析信息基础论在该案例中的应用及其效果。

考试科目名称：信息论一. 单选（每空2分，共20分）1.一个m位的二进制数的自信息量为（A ）A．m bitB．1 bitC．m2mD．22.信源编码的目的是（A ）A．提高通信有效性B．提高信息传输的可靠性C．提高通信系统的安全性D．压缩信源的冗余度3.下面属于最佳变长编码的是（C ）A．算术编码和游程编码B．香农编码和游程编码C．哈夫曼编码和费诺编码D．预测编码和香农编码4.表中符合即时码的是（A ）和（D ）5.下列各量可能为负值的是（B ）A．自信息量B．互信息量C．信息熵D．平均互信息量6.联合熵H（XY）与熵H（X）及条件熵H（X/Y）之间存在关系错误的是（D ）A．H（XY）＝H（X）＋H（Y／X）B．若X和Y相互独立，H（Y）=H（Y／X）C．H（XY）＝H（Y）＋H（X／Y）D．H（XY）＝H（X）＋H（X／Y）7.已知发送26个英文字母（包括空格），其最大信源熵（发送概率相等）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=1.4比特/符号。

问若用一般传送比特/符号；以此类推，极限熵H∞方式，冗余度γ为（ B ）A．0.58B．0.71C．0.65D．0.298. 某信道传递矩阵为，其信道容量为（ D ）A ．)41log 4143log 43()81,81,41,21(4log ++-=H C B ．)41log 4343log 41()81,81,41,21(2log +--=H C C ．)41log 4143log 43()81,81,41,21(4log +--=H CD ．)41log 4143log 43()81,81,41,21(2log +--=H C9. 下列各图所示信道是对称信道的是（ C ）A ．B ．C ．⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=8181214181814121PD．二. 综合（共80分）1.（10分）试画出通信系统的模型，并叙述各部分的定义和作用。

期终练习,10％就是胖子 ,80％不胖不瘦 ,10％就是瘦子；已知胖子得高血压的概率 一，某地区的人群中 就是 15％ ,不胖不瘦者得高血压的概率就是 10％,瘦子得高血压的概率就是 5％ ,就“该地区的 某一位高血压者就是胖子”这句话包含了多少信息量；解: 设大事 A: 某人就是胖子 ; B: 某人就是不胖不瘦 C:某人就是瘦子D: 某人就是高血压者依据题意 ,可知 :P(A)=0 ， 1 P(B)=0 ， 8 P(C)=0 ，1P(D|A)=0 ， 15 P(D|B)=0 ， 1 P(D|C)=0 ， 05而“该地区的某一位高血压者就是胖子” 这一消息说明在 D 大事发生的条件下 ,A 大事 的发生 ,故其概率为 依据贝叶斯定律 P(A|D),可得 :P(D) ＝ P(A)* P(D|A) ＋ P(B)* P(D|B) ＋P(C)* P(D|C) ＝ 0， 1P(A|D) ＝ P(AD)/P(D) ＝ P(D|A)*P(A)/ P(D) ＝ 0， 15*0 ， 1/0， 1＝ 0，15故得知“该地区的某一位高血压者就是胖子”这一消息获得的多少信息量为 I(A|D) = - logP(A|D)=log(0 ，15) ≈ 2， 73 (bit): 二，设有一个马尔可夫信源 ,它的状态集为 {S 1,S 2,S 3}, 符号集为 {a 1,a 2,a 3 }, 以及在某状态下发出 p (a k | s i ) (i,k=1,2,3), 如下列图符号集的概率就是 (1) 求图中马尔可夫信源的状态极限概率并找出符号的极限概率(2) 运算信源处在某一状态下输出符号的条件熵 H(X|S=j) (j=s 1,s 2,s 3)(3) 求出马尔可夫信源熵 H解 :(1) 该信源达到平稳后 , 有以下关系成立 :Q( E 1 ) Q(E 3 ) 273727Q(E 1 )3 4 1 4 1 2 1 2 Q( E 2 ) Q(E 1 ) Q( E 2 )Q(E )可得 2 Q( E 3 ) Q(E 1 ) Q( E 2 )Q(E ) 3Q( E 1 ) Q(E 2 ) Q(E 3 ) 133 72 73 7 p(a 1)Q(E i ) p( a 1 |E i ) i 13 p(a 2 )Q(E i ) p(a 2 |E i ) i 1 3p(a ) Q(E ) p(a |E ) 3 i 3 i i 13 p(a k |S 1 ) log p(a k | S 1) 1.（5 bit/ 符号）H ( X | S 1 ) k 13（1 bit/ 符号）(2) H ( X | S 2 ) p(a k |S 2 ) log p(a k | S 2 ) k 13p(a k |S 3 ) log p(a k | S 3 ) 0（bit/ 符号）H ( X | S 3 ) k 13(3) H Q(E i ) H (X | E i ) 2 / 7*3/ 2 3/ 7*1 2 / 7*0 6 / 7 (比特 /符号 )i 1三，二元对称信道的传递矩阵为 (1) 如 P(0)=3/4,P(1)=1/4, 求 H(X),H(X|Y) 与 I(X;Y)(2) 求该信道的信道容量及其最大信道容量对应的正确输入分布2解: ⑴ H ( X ) = p(x i )log p( x i ) 75 25 0， 811(比特 /符号 )= i 1p( y 1 ) p( x 1 ) p( y 1 | x 1 ) p( x 2 ) p( y 1 | x 2 ) =0，75*0 ，6+0 ， 25*0 ， 4=0 ， 55 p( y 2 ) p( x 1 ) p( y 2 | x 1 ) p( x 2 ) p( y 2 | x 2 ) 0， 75*0 ， 4+0 ， 25*0 ， 6=0， 45 H (Y) 0， 992(比特 /符号 )H (Y | X ) p( x)H (Y | x 1) p(x 2 ) H (Y | x 2 ) H (0.6,0.4) H (0.4,0.6) 0.4)7（1 比特 / 符号）H ( X | Y ) H ( XY ) H (Y) H ( X ) H (Y | X ) H (Y)0， 811+0， 971-0 ， 992=0， 79 (比特 /符号 )I(X;Y)=H(X)-H(X|Y) =0， 811-0， 79=0， 021(比特 /符号 )(2) 此信道为二元对称信道 ,所以信道容量为C=1-H(p)=1-H(0 ， 6)=1-0 ， 971=0， 029( 比特 /符号 )当输入等概分布时达到信道容量p p 22pp2244,其中p 1 p ；四，求信道的信道容量0 44 0p p 22pp22解: 这就是一个准对称信道,可把信道矩阵分为: ,N1 M 1 1 4 , N 2 4 , M 422C log r H ( p 2, p 2 ,0,4 ) Nk log Mkk 1log 2 H ( p 2 , p 2 ,0,4 )(1 4 )log(1 44)4log 4(比特/ 符号）故1H ( p 2 , p 2 ,4 ) (1 4 )log(1 4 ) log 4 当输入等概分布时达到信道容量；1XP( x) x1x2x3x4x5x6五，信源(1) 利用霍夫曼码编成二元变长的惟一可译码,并求其L,并求其L(2) 利用费诺码编成二元变长的惟一可译码(3) 利用香农码编成二元变长的惟一可译码(1) 香农编码:,并求其信源符号x 1x 2x 3x 4x 5x 6概率P(x i)0，40，20，20，10，050，05码长233455累积概率0，40，60，80，90，95码字0001110011001110011110l i PL =0 ，4×2＋0，2×3＋0，2×3＋0，1×4＋0，05×5＋0，05×5＝2，9(码元/信源符号)η＝H(X)/( L logr)=2 ，222/2，9=0 ，7662(2) 霍夫曼编码:L =0 ，4×2+0，2×2×2+0 ，1×3+0，05×4×2=2，3(码元/信源符号)η＝H(X)/( L logr)=0 ，9964(3)费诺编码:L =0 ，4×2+0，2×2×2+0 ，1×3+0，05×4×2=2，3(码元/信源符号)η＝H(X)/( L logr)= 0 ，99641 21312161613121613六，设有一离散信道,传递矩阵为设P(x1 )= P(x 2)=1/4,P(x 3)=1/2,试分别按最小错误概率准就与最大似然译码准就确定译码规章并相应的运算机平均错误概率的大小；解:(1) 按最大似然译码准就,F(y1)=x1 F(y2)=x2 F(y3)=x3P(E)=1/2(1/3+1/6)+1/4 ×2×(1/3+1/6)=1/2(2) 联合概率矩阵为,就按最小错误概率准1 8 1 24 1 61121811212411214F(y1)=x3 F(y2)=x2 F(y3)=x3 P(E)= 1/8+1/24+2/12 +1/24+1/12=11/240,131,13213UP(u)八，一个三元对称信源0 1 1 1 0 1 11接收符号为 V ＝ {0,1,2}, 其失真矩阵为 (1)求 D max 与 D min 及信源的 R(D) 函数；(2)求出达到 R(D ) 的正向试验信道的传递概率1 r2 3解 :(1) D max ＝ min P （ u ) d(u ,v) 1 V U 3D min ＝ P （ u ) min d (u , v) 0 j i 1由于就是三元对称信源 ,又就是等概分布 ,所以依据 r 元离散对称信源可得 R(D) ＝log3 － Dlog2 －H(D) ＝ log3 － D － H(D) 0<=D<=2/3＝ 0 D>2/3(2)满意 R(D) 函数的信道其反向传递概率为1 D (i j )P(u i | v j ) D2 (i j )13以及有 P(v j )= 依据依据贝叶斯定律 ,可得该信道的正向传递概率为 :1 D2 D (i j )P( v j | u i ) (i j )九，设二元码为 C=[11100,01001,10010,00111](1) 求此码的最小距离 d min ;(2) 采纳最小距离译码准就 ,试问接收序列 10000,01100 与 00100 应译成什么码字？(3) 此码能订正几位码元的错误？解:(1) 码距如左图11100 01001 10010 001111110001001 10010 00111 33 4 43 3故 d min ＝ 3(2) 码距如右图故 10000 译为 译为 11100,00100 译为 11100 或 0011110010,01100 d min 2 e 1,知此码能订正一位码元的错误；(3) 依据。