信息论与编码理论1(B卷答案)

资料范本本资料为word版本，可以直接编辑和打印，感谢您的下载信息论与编码理论习题答案地点：__________________时间：__________________说明：本资料适用于约定双方经过谈判，协商而共同承认，共同遵守的责任与义务，仅供参考，文档可直接下载或修改，不需要的部分可直接删除，使用时请详细阅读内容第二章信息量和熵2.2 八元编码系统，码长为3，第一个符号用于同步，每秒1000个码字，求它的信息速率。

解：同步信息均相同，不含信息，因此每个码字的信息量为 2=23=6 bit因此，信息速率为 61000=6000 bit/s2.3 掷一对无偏骰子，告诉你得到的总的点数为：(a) 7; (b) 12。

问各得到多少信息量。

解：(1) 可能的组合为 {1，6},{2，5},{3，4},{4，3},{5，2},{6，1} ==得到的信息量 ===2.585 bit(2) 可能的唯一，为 {6，6}=得到的信息量===5.17 bit2.4 经过充分洗牌后的一副扑克（52张），问：(a) 任何一种特定的排列所给出的信息量是多少？(b) 若从中抽取13张牌，所给出的点数都不相同时得到多少信息量？解：(a) =信息量===225.58 bit(b)==信息量==13.208 bit2.9 随机掷3颗骰子，X表示第一颗骰子的结果，Y表示第一和第二颗骰子的点数之和，Z表示3颗骰子的点数之和，试求、、、、。

解：令第一第二第三颗骰子的结果分别为，，，相互独立，则，，==6=2.585 bit===2(36+18+12+9+)+6=3.2744 bit=-=-[-]而=，所以= 2-=1.8955 bit或=-=+-而= ，所以=2-=1.8955 bit===2.585 bit=+=1.8955+2.585=4.4805 bit2.10 设一个系统传送10个数字，0，1，…，9。

奇数在传送过程中以0.5的概率错成另外一个奇数，其余正确接收，求收到一个数字平均得到的信息量。

一、概念简答题（每题5分，共40分）1.什么是平均自信息量与平均互信息，比较一下这两个概念的异同？答：平均自信息为表示信源的平均不确定度，也表示平均每个信源消息所提供的信息量。

平均互信息表示从Y获得的关于每个X的平均信息量，也表示发X前后Y的平均不确定性减少的量，还表示通信前后整个系统不确定性减少的量。

2.简述最大离散熵定理。

对于一个有m个符号的离散信源，其最大熵是多少？答：最大离散熵定理为：离散无记忆信源，等概率分布时熵最大。

最大熵值为。

3.解释信息传输率、信道容量、最佳输入分布的概念，说明平均互信息与信源的概率分布、信道的传递概率间分别是什么关系？答：信息传输率R指信道中平均每个符号所能传送的信息量。

信道容量是一个信道所能达到的最大信息传输率。

信息传输率达到信道容量时所对应的输入概率分布称为最佳输入概率分布。

平均互信息是信源概率分布的∩型凸函数，是信道传递概率的U型凸函数。

4.对于一个一般的通信系统，试给出其系统模型框图，并结合此图，解释数据处理定理。

答：通信系统模型如下：数据处理定理为：串联信道的输入输出X、Y、Z组成一个马尔可夫链，且有，。

说明经数据处理后，一般只会增加信息的损失。

5.写出香农公式，并说明其物理意义。

当信道带宽为5000Hz，信噪比为30dB时求信道容量。

.答：香农公式为，它是高斯加性白噪声信道在单位时间内的信道容量，其值取决于信噪比和带宽。

由得，则6.解释无失真变长信源编码定理。

.答：只要，当N足够长时，一定存在一种无失真编码。

7.解释有噪信道编码定理。

答：当R＜C时，只要码长足够长，一定能找到一种编码方法和译码规则，使译码错误概率无穷小。

8.什么是保真度准则？对二元信源，其失真矩阵，求a>0时率失真函数的和？答：1）保真度准则为：平均失真度不大于允许的失真度。

2）因为失真矩阵中每行都有一个0，所以有，而。

二、综合题（每题10分，共60分）1.黑白气象传真图的消息只有黑色和白色两种，求：1）黑色出现的概率为0.3，白色出现的概率为0.7。

信息论与编码习题参考答案 第一章 单符号离散信源同时掷一对均匀的子，试求：(1)“2和6同时出现”这一事件的自信息量； (2)“两个5同时出现”这一事件的自信息量； (3)两个点数的各种组合的熵； (4)两个点数之和的熵；(5)“两个点数中至少有一个是1”的自信息量。

解：bitP a I N n P bit P a I N n P c c N 17.536log log )(361)2(17.418log log )(362)1(36662221111616==-=∴====-=∴===⨯==样本空间：(3)信源空间：bit x H 32.436log 3662log 3615)(=⨯⨯+⨯⨯=∴ (4)信源空间： bitx H 71.3636log 366536log 3610 436log 368336log 366236log 36436log 362)(=⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯=∴＋＋ (5) bit P a I N n P 17.11136log log )(3611333==-=∴==如有6行、8列的棋型方格，若有两个质点A 和B ，分别以等概落入任一方格内，且它们的坐标分别为（Xa ，Ya ）, （Xb ，Yb ）,但A ，B 不能同时落入同一方格内。

（1） 若仅有质点A ，求A 落入任一方格的平均信息量； （2） 若已知A 已落入，求B 落入的平均信息量； （3） 若A ，B 是可辨认的，求A ，B 落入的平均信息量。

解：bita P a P a a P a I a P A i 58.548log )(log )()(H 48log )(log )(481)(:)1(481i i i i i ==-=∴=-=∴=∑=落入任一格的概率Θbitb P b P b b P b I b P A i 55.547log )(log )()(H 47log )(log )(471)(:B ,)2(481i i i i i ==-=∴=-=∴=∑=落入任一格的概率是落入任一格的情况下在已知ΘbitAB P AB P AB H AB P AB I AB P AB i i i i i i i 14.11)4748log()(log )()()(log )(471481)()3(47481=⨯=-=-=∴⨯=∑⨯=是同时落入某两格的概率从大量统计资料知道,男性中红绿色盲的发病率为7%,女性发病率为%.如果你问一位男士：“你是否是红绿色盲”他的回答可能是：“是”，也可能“不是”。

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。

信息论与编码习题参考答案 第一章 单符号离散信源1.1同时掷一对均匀的子，试求：(1)“2和6同时出现”这一事件的自信息量； (2)“两个5同时出现”这一事件的自信息量； (3)两个点数的各种组合的熵； (4)两个点数之和的熵；(5)“两个点数中至少有一个是1”的自信息量。

解：bitP a I N n P bit P a I N n P c c N 17.536log log )(361)2(17.418log log )(362)1(36662221111616==-=∴====-=∴===⨯==样本空间：(3)信源空间：bit x H 32.436log 3662log 3615)(=⨯⨯+⨯⨯=∴ (4)信源空间： bitx H 71.3636log 366536log 3610 436log 368336log 366236log 36436log 362)(=⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯=∴＋＋ (5) bit P a I N n P 17.11136log log )(3611333==-=∴==1.2如有6行、8列的棋型方格，若有两个质点A 和B ，分别以等概落入任一方格，且它们的坐标分别为（Xa ，Ya ）, （Xb ，Yb ）,但A ，B 不能同时落入同一方格。

（1） 若仅有质点A ，求A 落入任一方格的平均信息量； （2） 若已知A 已落入，求B 落入的平均信息量； （3） 若A ，B 是可辨认的，求A ，B 落入的平均信息量。

解：bita P a P a a P a I a P A i 58.548log )(log )()(H 48log )(log )(481)(:)1(481i i i i i ==-=∴=-=∴=∑=落入任一格的概率bitb P b P b b P b I b P A i 55.547log )(log )()(H 47log )(log )(471)(:B ,)2(481i i i i i ==-=∴=-=∴=∑=落入任一格的概率是落入任一格的情况下在已知 bitAB P AB P AB H AB P AB I AB P AB i i i i i i i 14.11)4748log()(log )()()(log )(471481)()3(47481=⨯=-=-=∴⨯=∑⨯=是同时落入某两格的概率1.3从大量统计资料知道,男性中红绿色盲的发病率为7%,女性发病率为0.5%.如果你问一位男士：“你是否是红绿色盲？”他的回答可能是：“是”，也可能“不是”。

第1 页 共5 页北方民族大学试卷课程代码: 01100622 课程： 信息理论及编码 B 卷答案说明：此卷为《信息理论及编码》B 卷答案一、概念简答题（每小题6分，共30分）1、比较平均自信息（信源熵）与平均互信息的异同.答：平均自信息为 ()()()1log qiii H X P a P a ==-∑,表示信源的平均不确定度，也表示平均每个信源消息所提供的信息量.………………………………………(3分)平均互信息()()()(),;log X YyP x I X Y P xy P y =∑.表示从Y 获得的关于每个X 的平均信息量，也表示发X 前后Y 的平均不确定性减少的量，还表示通信前后整个系统不确定性减少的量.………………………………………(3分)2、简述香农第一定理。

答：对于离散信源S 进行r 元编码,只要其满足()_log H s NNrL ≥，…………………（3分） 当N 足够长，总可以实现无失真编码。

………………………………………(3分）3、简述唯一可译变长码的判断方法？答：将码C 中所有可能的尾随后缀组成一个集合F ，当且仅当集合F 中没有包含任一码字时，码C 为唯一可译变长码。

构成集合F 的方法：…………………(2分)首先，观察码C 中最短的码字是否是其他码字的前缀.若是，将其所有可能的尾随后缀排列出.而这些尾随后缀又可能是某些码字的前缀,再将由这些尾随后缀产生的新的尾随后缀列出。

依此下去，直至没有一个尾随后缀是码字的前缀或没有新的尾随后缀产生为止.…………………(2分） 接着，按照上述步骤将次短的码字直至所有码字可能产生的尾随后缀全部列出，得到尾随后缀集合F 。

…………………(2分)4、简述最大离散熵定理.第2 页 共5 页答：最大离散熵定理为：对于离散无记忆信源，当信源等概率分布时熵最大。

……（3分）对于有m 个符号的离散信源，其最大熵为log m 。

…………………………（3分)5、什么是汉明距离；两个二元序列1230210,0210210i j αβ==,求其汉明距离.答：长度相同的两个码字之间对应位置上不同的码元的个数,称为汉明距离。

信息论与编码试题集与答案1. 在⽆失真的信源中，信源输出由 H (X ) 来度量；在有失真的信源中，信源输出由 R (D ) 来度量。

2. 要使通信系统做到传输信息有效、可靠和保密，必须⾸先信源编码，然后_____加密____编码，再______信道_____编码，最后送⼊信道。

3. 带限AWGN 波形信道在平均功率受限条件下信道容量的基本公式，也就是有名的⾹农公式是log(1)C W SNR =+；当归⼀化信道容量C/W 趋近于零时，也即信道完全丧失了通信能⼒，此时E b /N 0为 -1.6 dB ，我们将它称作⾹农限，是⼀切编码⽅式所能达到的理论极限。

4. 保密系统的密钥量越⼩，密钥熵H (K )就越⼩，其密⽂中含有的关于明⽂的信息量I (M ；C )就越⼤。

5. 已知n ＝7的循环码42()1g x x x x =+++，则信息位长度k 为 3 ，校验多项式 h(x)= 31x x ++ 。

6. 设输⼊符号表为X ＝{0，1}，输出符号表为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) =2，d (1，0) = 1，则D min ＝ 0 ，R (D min )＝ 1bit/symbol ，相应的编码器转移概率矩阵[p(y/x )]＝1001??；D max ＝ 0.5 ，R (D max )＝ 0 ，相应的编码器转移概率矩阵[p(y/x )]＝1010??。

7. 已知⽤户A 的RSA 公开密钥(e,n )=(3,55)，5,11p q ==,则()φn = 40 ，他的秘密密钥(d,n )＝(27,55) 。

若⽤户B 向⽤户A 发送m =2的加密消息，则该加密后的消息为 8 。

⼆、判断题1. 可以⽤克劳夫特不等式作为唯⼀可译码存在的判据。

（√ ）2. 线性码⼀定包含全零码。

（√ ）3. 算术编码是⼀种⽆失真的分组信源编码，其基本思想是将⼀定精度数值作为序列的编码，是以另外⼀种形式实现的最佳统计匹配编码。

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，设有一离散无记忆平稳信道，其信道容量为其信道容量为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，足够大，使译码错误概率任意小。

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：设解：设A A 表示“大学生”这一事件，表示“大学生”这一事件，B B 表示“身高表示“身高1.601.601.60以上”这一事件，则以上”这一事件，则P(A)=0.25 p(B)=0.5 p(B|A)=0.75 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 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 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：(())()()(())()()()()()()YX 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 Yji jiY ijiX Y ij i ji-=úûùêëé---==åååååålog log log; （（2分）分）同理同理()()()X Y H Y H Y X I -=; （（1分）分） 则()()()Y X I Y H X Y H ;-=因为因为()()()X Y H X H XY H += （（1分）分） 故()()()()Y X I Y H X H XY H ;-+= 即()()()()XY H Y H X H Y X I -+=; （（1分）分）五、（18’）.黑白气象传真图的消息只有黑色和白色两种，求：黑白气象传真图的消息只有黑色和白色两种，求：1） 黑色出现的概率为0.3，白色出现的概率为0.7。

一、dr)填空题(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.(2)必然事件的自信息是_0 ___________ 。

(3)离散平稳无记忆信源X的N次扩展信源的嫡等于离散信源X的嫡的N倍°(4)对于离散无记忆信源，当信源爛有最大值时，满足条件为.信源符号等槪分術一(5)若一离散无记忆信源的信源爛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 __________________ 。

(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，其信道容董为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— ___________ 和_编码方巷—有关二、(9 )判斷题(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，平均互信息董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1o 6米以上的,而女孩中身爲1・6米以上的占总数的一半。

西安电子科技大学考试时间120分钟试题1.考试形式：闭卷；2.本试卷共七大题，满分100分。

班级 学号 姓名 任课教师一（30分）基本概念题（1）请判断正误：平均互信息I （X ；Y ）不大于条件平均互信息I （X ；Y|Z ）。

（2）请给出Kraft 不等式，并说明它是否为判断唯一可译码的充要条件。

（3）请说明最大似然译码准则是否为最佳译码准则。

（4）请给出信息率失真函数R(D)的定义并解释其物理含义。

（5）请说明为什么对于平均功率受限的时间离散恒参可加噪声信道，高斯干扰是最坏的干扰及该结论在实际通信中的作用。

（6）设有一硬币，其正面出现的概率为1/3，令0表示正面，试说明在ε→0情况下一个典型序列应具备的特点，并给出这一序列出现的概率。

（7）若失真矩阵为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡130102，输入集合X 的概率为（1/3、1/3、1/3），请分别给出D min和D max 。

解：（1）该结论错误。

（2）craft 不等式：长度为n 1,n 2,…,n K 的D 元异字头码存在的充分必要条件是∑=-≤Kk knD11。

该不等式可以用来判断是否存在对应长度的唯一可译码，但是不能作为判断唯一可译码的充要条件。

（3）当先验等概时，最大似然准则等价于最佳译码准则；当先验不等概时，不符合最佳译码准则。

（4）信息率失真函数R (D )定义为在满足D 保真度准则下所有许可试验信道所对应的平均互信息的最小值。

其物理含义为：当给定失真度D 时，R(D)是满足保真度第2页共6页准则情况下传输信源信息速率的最低值，即信源压缩的下限。

（5）对平均功率受限的时间离散的恒参可加噪声信道容量C 满足：⎥⎦⎤⎢⎣⎡+≤≤⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+222log 211log 21σσσS C S 其中-2σ是噪声集Z 的熵功率。

由于在平均功率受限条件下，同样噪声功率时，高斯分布可以达到最大的熵功率，从而在高斯噪声时，上述C 取得最小值。