11级-信息论基础 第1&第二章

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）215log ＝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。

《信息论基础》习题答案第一章信息与信息的度量-1 解：根据题意，“没有不及格”或“pass”的概率为因此当教师通知某甲“没有不及格”后，甲获得信息在已知“pass”后，成绩为“优”（A），“良”（B），“中”（C）和“及格”（D）的概率相同：为确定自己的成绩，甲还需信息1-2 解：该锁共可设个数值，开锁号码选取每一个值的概率都相同，所以-3 解：由于每个汉字的使用频度相同，它们有相同的出现概率，即因此每个汉字所含的信息量为每个显示方阵能显示种不同的状态，等概分布时信息墒最大，所以一个显示方阵所能显示的最大信息量是显示方阵的利用率或显示效率为-4 解：第二次发送无误收到，因此发、收信息量相等，均为第一次发出的信息量为第一次传送的信息量为两次发送信息量之差：-5 解：由信息熵定义，该信源输出的信息熵为消息ABABBA所含的信息量为消息FDDFDF所含的信息量为6位长消息序列的信息量期望值为三者比较为-6 解：由信息熵定义，该信源输出的信息熵为消息ABABBA所含的信息量为消息FDDFDF所含的信息量为6位长消息序列的信息量期望值为三者比较为-7 解：X和Y的信息熵分别为因传输无误，信宿收到的信息等于发送信息。

因此当第一个字符传送结束后，两信宿收到信息量等于发送的信息量，即整个序列发送结束后，由于符号间独立，两信宿收到的总信息量是平均每次（每个符号）发送（携带）的信息为-8 解：(a) 根据扑克牌的构成，抽到“红桃”、“人头”、“红桃人头”的概率分别为13/52=1/4、12/52=3/13和3/52，所以当告知抽到的那张牌是：“红桃”、“人头”和“红桃人头”时，由信息量定义式（1-5），所得到的信息各是(b) 在52张扑克牌中，共有红人头6张（3张红桃，3张方块），因此在已知那张牌是红人头，为确切地知道是哪张牌，还需要信息。

-9 解：一个二元信息所含的最大信息熵是确定的，所以当以2或5为底时，最大信息熵相同，即1 bit = (该信息量单位)或 1 (该信息量单位) = 2.33 bits同理， 1 nat = 0.62 (该信息量单位)或 1(该信息量单位) = 1.61 nats。

信息论基础第二版习题答案信息论是一门研究信息传输和处理的学科，它的基础理论是信息论。

信息论的基本概念和原理被广泛应用于通信、数据压缩、密码学等领域。

而《信息论基础》是信息论领域的经典教材之一，它的第二版是对第一版的修订和扩充。

本文将为读者提供《信息论基础第二版》中部分习题的答案，帮助读者更好地理解信息论的基本概念和原理。

第一章：信息论基础1.1 信息的定义和度量习题1：假设有一个事件发生的概率为p，其信息量定义为I(p) = -log(p)。

求当p=0.5时，事件的信息量。

答案：将p=0.5代入公式，得到I(0.5) = -log(0.5) = 1。

习题2：假设有两个互斥事件A和B，其概率分别为p和1-p，求事件A和B 同时发生的信息量。

答案：事件A和B同时发生的概率为p(1-p)，根据信息量定义，其信息量为I(p(1-p)) = -log(p(1-p))。

1.2 信息熵和条件熵习题1：假设有一个二进制信源，产生0和1的概率分别为p和1-p，求该信源的信息熵。

答案：根据信息熵的定义，信源的信息熵为H = -plog(p) - (1-p)log(1-p)。

习题2：假设有两个独立的二进制信源A和B，产生0和1的概率分别为p和1-p，求两个信源同时发生时的联合熵。

答案：由于A和B是独立的，所以联合熵等于两个信源的信息熵之和，即H(A,B) = H(A) + H(B) = -plog(p) - (1-p)log(1-p) - plog(p) - (1-p)log(1-p)。

第二章：信道容量2.1 信道的基本概念习题1：假设有一个二进制对称信道，其错误概率为p，求该信道的信道容量。

答案：对于二进制对称信道，其信道容量为C = 1 - H(p)，其中H(p)为错误概率为p时的信道容量。

习题2：假设有一个高斯信道，信道的信噪比为S/N，求该信道的信道容量。

答案：对于高斯信道，其信道容量为C = 0.5log(1 + S/N)。

《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 +¥-¥D ®¥--D ò）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、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 1 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，从而提高有效性有效性((传输速率或编码效率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、八进制信源的最小熵为 0 0 0 ，最大熵为，最大熵为，最大熵为 3bit/ 3bit/ 3bit/符号符号。

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高斯分布((或()0,1x N 或2212x ep-)时，信源具有最大熵，其值为其值为 0.6155hart( 0.6155hart( 0.6155hart(或或1.625bit 或1lg 22e p )。

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信源熵((或H r (S)(S)或或()lg H s r)，此时编码效率为时编码效率为 1 1 1 ，编码后的信息传输率为，编码后的信息传输率为，编码后的信息传输率为 lg lg r bit/ bit/码元码元。

1010、一个事件发生的概率为、一个事件发生的概率为0.1250.125，则自信息量为，则自信息量为，则自信息量为 3bit/ 3bit/ 3bit/符号符号。

= pQhb) = = pWLh)124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）根据炳的可加性，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。

用无秩码天平 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klog3o 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。

冽31og3=log27>log24o 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炳。

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，根据结果可判断出肃中没有假币；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。

订）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，观察称重缺码，若平衡，说明取下的3枚中含假币，只能判出轻重， 若倾斜方的不变，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，如果假币在一五个硬币的组里，则鉴 别所需信息量为Iogl0>log9=21og3,所以剩下的2次称重不能获得所需的信息.2. 6. (1) log2“=15 比特；(2)1比特；（3） 15个问题2. 7. 证明： （略）2. 8.证明： （略）/ 、 111 、 12.9. P (dibi) = - p(ci\bi )= 12P (cM — — P (sb) < , 12 ,6,2. 10.证明： （略） 2. 11.证明： （略）2.12.证明： (略)2 [3.(1) H(X) = H(Y) = 1, H(Z) = 0.544, H(XZ) = 1.406, H(YZ) = 1.406,H(XKZ) = 1.812(2)H(X/Y) = H(Y/X) = 0.810f H(X/Z) = 0.862, H(Z/X) = H(Z/Y) =0.405 , H(Y/Z) = 0.862, H(X/YZ) = H(Y/XZ) = 0.405, H(Z/XY) =(3)1(X;K) = 0.188 Z(X;Z) = 0.138 Z(K;Z) = 0.138 7(X;Y/Z) =0.457 , I(Y;Z/X) = I(X;Z/Y) = 0.406(单位均为比特/符号)p 游(000) = 1)= Pg(l°l)=服z(l 1°)= 714. X 1 Z ■,(2)P加(°°°)=P宓(111)= !(3)P加(°°°)= 〃加(°。

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。