信息论基础 答案2

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《信息论基础》试卷第1页
《信息论基础》答案
一、填空题(共15分,每空1分)
1、若一连续消息通过某放大器,该放大器输出的最大瞬时电压为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 无穷大 ;其能在每个自由度熵的最

大熵是 logb-a。

2、高斯白噪声信道是指 信道噪声服从正态分布,且功率谱为常数 。
3、若连续信源的平均功率为5 W,则最大熵为12log10e,达到最大值的条件是 高

斯信道 。
4、离散信源存在剩余度的原因是 信源有记忆(或输出符号之间存在相关性) 和 不
等概 。
5、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 。
6、离散无记忆信源在进行无失真变长信源编码时,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,从而提高编码效率。

7、八进制信源的最小熵为 0 ,最大熵为 3bit。

8、一个事件发生概率为0.125,则自信息量为 3bit。
9、在下面空格中选择填入数字符号“,,,”或“<”
HXY = HYHXY HYHX
二、判断题(正确打√,错误打×)(共5分,每小题1分)
1) 离散无记忆等概信源的剩余度为0。 ( √ )
2) 离散无记忆信源N次扩展源的熵是原信息熵的N倍 ( √ )
3) 互信息可正、可负、可为零。 ( √ )
4) 信源的真正功率P永远不会大于熵功率P,即PP ( × )
5) 信道容量与信源输出符号的概率分布有关。 ( × )

三、(5分)已知信源的概率密度函数px如下图所示,求信源的相对熵

0.5
02
4
x


px


《信息论基础》试卷第2页


4
2
log1hxpxpxdxbit

自由度

四、(15分)设一个离散无记忆信源的概率空间为

12
0.50.5

X
aaPx









它们通过干扰信道,信道输出端的接收信号集为12=,Ybb,已知信道出书概率如下图所
示。

1
x

2
x
1
y

2
y
0.02

0.98

0.8
0.2

试计算:
(1) 信源X中事件1x的自信息量;(3分)
(2) 信源X的信息熵;(3分)

(3) 共熵HXY;(3分)

(4) 噪声熵HYX;(3分)
(5) 收到信息Y后获得的关于信源X的平均信息量。(3分)
(1)11Ixbit

(2)11,1/22Hbit符号
(3)0.490.41.432HXYH,0.01,0.1,
(4)0.432HXYHXYHX
《信息论基础》试卷第3页

(5),,10.59,0.4110.9771.4320.545IXYHXHYHXYHHXY
五、(10分)一个平均功率受限的连续信道,信道带宽为10MHz,信道噪声为高斯白噪
声。
(1)已知信道上的信号与噪声的平均功率比值为63,计算该信道的信道蓉量。
(2)如果信道带宽降为2MHz,要达到相同的信道容量,信道上的信号与噪声的平均功
率比值应为多少?

2
log1SCBN




(1)6721010log163610/Cbits

(2)309212110CBSN
六、(10分)已知信源共7个符号信息,其概率空间为


1234567
0.20.20.20.10.10.10.1

S
sssssss

PS











(1) 试用霍夫曼编码法编成二进制变长码。(7分)
(2) 计算信源熵,平均码长和编码效率。(9分)
(1)

1
s

2
s
3
s
4
s

5
s

6
s
7
s

0.2
0.2
0.2

0.1

0.1
0.1
0.1

0
0
0

0
0

0

1
1

1

1
1
1

0.4
0.6
0.2
0.2
0.4

0.1

1
2
3
4
5
6
7

00010011100101110111sssssss





(7分)
(2)



0.2,0.2,0.2,0.1,0.1,0.1,0.1,2.72HSH


《信息论基础》试卷第4页

分)

(3
分)
七、(10分)设给定两随机变量1X和2X,它们的联合概率密度为



22

12
212121,2xxpxxexx



求随机变量12YXX的概率密度函数,并计算变量Y的熵hY。
已知12pxx得

1
2112xpxe


2
2212xpxe

(2分)

则1212pxxpxpx (2分)
所以1x和2x独立,所以y为高斯分布
因为 12yxx

所以 0,2EYDY (2分)

所以 2414ypye (2分)
所以 1log4/2hYebit自由度 (2)
八、(10分)设某信道的传递矩阵为
1111
3366
1111
6633

P






计算该信道的信道容量,并说明达到信道容量的最佳输入概率分布。

解:s=4

4

2

1111
loglog3366111111112loglogloglog0.0817/33336666CsHpHbit列矢量

符号
(2分)

(2
分)

__
0.220.832.8L码元/信源符号



__
0.97HSL=
《信息论基础》试卷第5页
最佳概率分布当输入概率1212papa (2
分)
九、(14分)设有一个马尔可夫信源,如果1X为a时,2X为a、b、c的概率为1/3;
如果1X为b时,2X为a、b、c的概率为1/3;如果1X为c时,2X为a、b的概率为

1/2。而且后面发iX的概率只与1iX有关,又1213iiPXXPXXi。
(1)写出转移概率矩阵
(2)计算达到稳定后状态的极限概率。
(3)该马尔可夫信源的极限熵H

解 (1)
111
333
111
333
11
0

22

P







(4分)

(2) 1123212331212311133211133211331PEPEPEPEPEPEPEPEPEPEPEPEPEPE 1233814PEPEPE (3分)
(3)


3

2112311111111,,,,,,03333332231log3log21.439/42IkiHHPEHaEPEHPEHPEHbit








符号