信息理论与编码 第1章
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第一章教材习题1.1.试述信息与知识、消息和信号之间的区别与联系,并举例说明。
1.2.详述钟义信先生的信息定义体系。
1.3.试查阅文献,说明信息具有哪些特征和性质?1.4.说明通信系统模型由哪几部分组成,并详细讨论每一部分的功能。
1.5.试述信息论的研究内容?第二章教材习题信源模型2.1试简述信源分类以及各种信源特点。
信息的描述2.2在非理想观察模型中,存在哪些不确定性,它们与信息有何关系?不确定性与信息2.3一副充分洗乱的牌(含52张),试问:(1)任一特定排列所给出的不确定性是多少?(2)随机抽取13张牌,13张牌的点数互不相同时的不确定性是多少?2.4同时扔出两个正常的骰子,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)的统计平均自信息量。
(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的自信息量。
2.5设在一只布袋中装有100只对人手的感觉完全相同的木球,每只上涂有1种颜色。
100只球的颜色有下列三种情况:(1)红色球和白色球各50只;(2)红色球99只,白色球1只;(3)红,黄,蓝,白色各25只。
求从布袋中随意取出一只球时,猜测其颜色所需要的信息量。
2.8大量统计表明,男性红绿色盲的发病率为7%,女性发病率为0.5%,如果你问一位男同志是否为红绿色盲,他回答“是”或“否”。
(1)这二个回答中各含多少信息量?(2)平均每个回答中含有多少信息量?(3)如果你问一位女同志,则答案中含有的平均信息量是多少?联合熵和条件熵2.9任意三个离散随机变量X 、Y 和Z ,求证:()()()()H XYZ H XY H XZ H X −≤−。
平均互信息及其性质2.11设随机变量12{,}{0,1}X x x ==和12{,}{0,1}Y y y ==的联合概率空间为11122122(,)(,)(,)(,)133818XY XY x y x y x y x y P ⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦定义一个新随机变量Z X Y =×(普通乘积)。
第一章 自我测试题一、填空题1. 在认识论层次上研究信息的时候,必须同时考虑到形式、__语义___和__语用___三个方面的因素。
2. 如果从随机不确定性的角度来定义信息,信息是用以消除__随机不确定性___的东西。
3. 信源编码的结果是__减小_冗余;而信道编码的手段是__增加___冗余。
4. _1948_年,香农发表了著名的论文__通信的数学理论__,标志着信息论诞生。
5. 信息商品是一种特殊商品,它有__保存性_性、_共享_性、_老化可能_性和 知识创造性 等特征。
二、判断题1. 信息传输系统模型表明,噪声仅仅来源于信道(×)2. 本体论层次信息表明,信息不依赖于人而存在(√)3. 信道编码与译码是一对可逆变换(×)4. 1976年,论文《密码学的新方向》的发表,标志着保密通信研究的开始(×)5. 基因组序列信息的提取和分析是生物信息学的研究内容之一(√)三、选择题1.下列表述中,属于从随机不确定性的角度来定义信息的是__D___ A . 信息是数据B . 信息是集合之间的变异度C . 信息是控制的指令D . 信息是收信者事先不知道的报道 2.___B__是最高层次的信息 A . 认识论 B . 本体论 C . 价值论 D . 唯物论 3.下列不属于狭义信息论的是__D___ A . 信息的测度 B . 信源编码 C . 信道容量 D . 计算机翻译 4.下列不属于信息论的研究内容的是__A___ A . 信息的产生 B . 信道传输能力 C . 文字的统计特性 D . 抗干扰编码 5.下列关于信息论发展历史描述不正确的是__B___A . 偶然性、熵函数引进物理学为信息论的产生提供了理论前提。
B . 1952年,香农发展了信道容量的迭代算法C . 哈特莱用消息可能数目的对数来度量消息中所含有的信息量,为香农创立信息论提供了思路。
D . 1959年,香农首先提出率失真函数和率失真信源编码定理,才发展成为信息率失真编码理论。
信息论与编码第⼀章1、信息,信号,消息的区别信息:是事物运动状态或存在⽅式的不确定性的描述消息是信息的载体,信号是消息的运载⼯具。
2、1948年以“通信的数学理论”(A mathematical theory of communication )为题公开发表,标志着信息论的正式诞⽣。
信息论创始⼈:C.E.Shannon(⾹农)第⼆章1、⾃信息量: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,简称⾃信息。
单位:⽐特(2为底)、奈特、笛特(哈特)2、⾃信息量的性质(1)是⾮负值(2) =1时, =0, =1说明该事件是必然事件。
(3) =0时, = , =0说明该事件是不可能事件。
(4)是的单调递减函数。
3、信源熵:各离散消息⾃信息量的数学期望,即信源的平均信息量。
)(log )(])(1[log )]([)( 212i ni i i i a p a p a p E a I E X H ∑=-===单位:⽐特/符号。
(底数不同,单位不同)信源的信息熵;⾹农熵;⽆条件熵;熵函数;熵。
4、信源熵与信息量的⽐较(书14页例2.2.2)()log () 2.1.3 i i I a p a =-()5、信源熵的意义(含义):(1)信源熵H(X)表⽰信源输出后,离散消息所提供的平均信息量。
(2)信源熵H(X)表⽰信源输出前,信源的平均不确定度。
(3)信源熵H(X)反映了变量X 的随机性。
6、条件熵:(书15页例2.2.3) 7、联合熵:8、信源熵,条件熵,联合熵三者之间的关系:H(XY)= H(X)+H(Y/X) H(XY)= H(Y)+H(X/Y)条件熵⼩于⽆条件熵,H(Y/X)≤H(Y)。
当且仅当y 和x 相互独⽴p(y/x)=p(y),H(Y/X)=H(Y)。
两个条件下的条件熵⼩于⼀个条件下的条件熵H(Z/X,Y)≤H(Z/Y)。
当且仅当p(z/x,y)=p(z/y)时取等号。
联合熵⼩于信源熵之和, H(YX)≤H(Y)+H(X)当两个集合相互独⽴时得联合熵的最⼤值 H(XY)max =H(X)+H(Y) 9、信息熵的基本性质:(1)⾮负性;(2)确定性;(3)对称性;(4)扩展性(5)可加性 ( H(XY) = H(X)+ H(Y) X 和Y 独⽴ H (XY )=H (X )+ H (Y/X )H (XY )=H (Y )+ H (X/Y ) )(6)(重点)极值性(最⼤离散熵定理):信源中包含n 个不同离散消息时,信源熵H(X)有当且仅当X 中各个消息出现的概率全相等时,上式取等号。