信息论与纠错编码(电子工业出版社)第四章率失真编码参考答案

4.1 当率失真函数R （D ）取什么值的时候，表示不允许有任何失真。解：当D=0时，表示不允许有任何失真，此时R （D ）= H （X ），即R max （（D ）= H （X ）

4.2 说明信源在不允许失真时，其信息率所能压缩到的极限值是什么？当允许信源存在一定的失真时，其信息率所能压缩到的极限值又是什么？

解：不允许失真时，信息率压缩极限值R （D ）= H （X ）；不允许失真时，信息率压缩极限值 R （D ）= 0

4.3 在例4.8中，当允许D= 0.5δ时，请问每个信源符号至少需要几个二进制符号来对其编码？

解：因为二元信源率失真函数：

??-=a D H p H D R )()(

其中a = 1（汉明失真）, 所以二元信源率失真函数为：

)()()(D H p H D R -=

当D= 2

P 时

[]symbol nat p p p p p p p p p H p H p R /21ln 212ln 2)1ln()1(ln 2)(2??

??????? ??-??? ??-++--+-=???

??-=??? ??

4.4 给定信源分布??????)(q X X = ??????2

5.025.05.0x 321x x ，失真测度矩阵[d]=??

?????011302120，求率失真

函数R （D ）。

解：定义域：

D min =0×0.5+0×0.25+0×0.25=0

D max =min{2×0.25+1×0.25,2×0.5+1×0.25,1×0.5+3×0.25}=0.75

值域：

R （D min ）= －0.5log0.5－0.25log0.25－0.25log0.25=0.45 R （D max ）= 0

4.5 给定二元信源???

???)(q X X = ??????5.05.0x x 21, 失真测度矩阵为[d]=??

???00αα,求率失真函数R(D)。

解：

021

021),(min )(202121),()(min min min max =?+?===

?+?===∑∑i j i j i i

j i i j j y x d x p D a

a y x d x p D D

因为二元等概信源率失真函数：

? ??-=a D H n D R ln )(

其中n = 2, 所以率失真函数为：

?????? ??-??? ?

?-+-=a D a D a D a D D R 1ln 1ln 2ln )(

4.6 给定二元信源???

???)(q X X =

??????αα-1x x 21, α<0.5，失真测度矩阵为[d]=??

???00αα, 求率失真函

数R(D)。

解：

因为二元等概信源率失真函数： R(D)= H(α)－H(

)

= －[αlog α+(1－α)]+[α

log

+(1－

)log(1－

)]

4.7 给定二元信源?

??)(q X X = ??????5.05.0x x 21, 失真测度矩阵为[d]=??

???00βα,求率失真函数R(D)。

解：

D min = 0.5×0+0.5×0=0 D max =min{0.5α，0.5β}

因为二元等概信源率失真函数：

其中n = 2, 所以率失真函数为：

?????? ??-??? ?

?-+-=a D a D a D a D D R 1ln 1ln 2ln )(

4.8 等概信源错误！未找到引用源。，接收符号集错误！未找到引用源。，失真测度矩阵为

[d]=

12310122

1013

210错误！未找到引用源。，求R(D)的定义域和值域；

解： D min = 0

D max = 1/4×1+1/4×1+1/4×2+0=1 定义域：0

因为n 元等概信源率失真函数：

??-??? ??-+-+=a D a D n a D a D n D R 1ln 11ln ln )(

其中a = 1, n = 4, 所以率失真函数为：

? ??-=a D H n D R ln )(

()()D D D

D D R --++=1ln 13ln

4ln )(

值域：0

4.9 二元信源错误！未找到引用源。，其中p<0.5，信道输出符号集Y={y 0，y 1}，失真测度矩阵

为[d]=?

???00αα，

求率失真函数R(D)。

解： D min = 0

D max = min{(1-p)×α，p ×α}=(1-p)×α 因为二元等概信源率失真函数： R(D)= H(α)－H(

)

= －[αlog α+(1－α)]+[

log

+(1－

)log(1－

)]

4.10 信源符号集X={0,1}，信道符号集Y={0,e,1}，信源等概分布q(0)=q(1)=0.5，失真测度矩阵[d]=??

??00α

ββα，式中α<0.5。（1）求率失真函数R(D)；

（2）当α≥0.5，β=1时，证明R(D)=log2-H 2(D)。解：（1） D min =0

D max =min{β/2,α , β/2}

因为二元等概信源率失真函数：

其中n = 2, 所以率失真函数为：

R(D)= log2- H 2[1-(D/β)] （2）当α≥1/2，β=1时，

D min ＝0，D max ＝min{β/2,α , β/2}= 1/2,??

?>≤≤-=2

/10

/10)(2log )(2D D D H D R

4.11 二进制信道，信源分布错误！未找到引用源。，p<0.5，失真测度矩阵错误！未找到引用源。，式中错误！未找到引用源。，求率失真函数R(D)。解：(1)由错误！未找到引用源。=1得错误！未找到引用源。

(2)由错误！未找到引用源。得错误！未找到引用源。

(3)由错误！未找到引用源。得

? ??-=a D H n D R ln )(

(4)由错误！未找到引用源。得

(5)由错误！未找到引用源。得

4.12 二进制信道，信源分布错误！未找到引用源。，p<0.5，失真测度为汉明失真测度，问当允许平均失真测度D=0.5p 时，每个信源符号至少需要几个二进制符号表示。解：因为二元信源率失真函数：

4.13 二元等概率离散信源，失真测度函数定义为错误！未找到引用源。，求率失真函数。解：因为二元等概信源率失真函数：

??-=a D H n D R ln )(

其中n = 2, 所以率失真函数为：

???????? ??-??? ??-+-=a D a D a D a D D R 1ln 1ln 2ln )(

4.14 信元等概分布错误！未找到引用源。，接收符号集错误！未找到引用源。，失真测度矩阵为错误！未找到引用源。。

（1）求R(D)的定义域和值域；

（2）求R(D)函数，并画出求R(D)~D 曲线（取4~5个点）。解：定义域：

041

041041041),(min )(43

0411********),()(min min min max =?+?+?+?===

?+?+?+?===∑∑i j i j i i

j i i j j y x d x p D y x d x p D D

因为n 元等概信源率失真函数：

??-??? ??-+-+=a D a D n a D

a D n D R 1ln 11ln ln )(

其中a = 1, n = 4, 所以率失真函数为：

()()D D D

D D R --++=1ln 13ln

4ln )(

值域：0

函数曲线：

1/4

1/2

3/4

R(D)ln4

其中

sym bol

nat D R D sym bol

nat R D /0)(,43

/12ln 21

4ln )(,21/316ln 214ln )(,41/4ln )0(,0==-==-====

4.15信源等概分布??

??????≡??

????r xr r

x r x x q X 1...1 (211)

)(，接收符号集Y=}{,...2,1yr y y 失真测度为汉明失真测度。

(1)用参数法计算失真函数R(D);

(2)求出达到R(D)的正向信道的信道转移概率p(y|x); (3)求出达到R(D)的反向信道的转移概率?(x|y).

解：根据1=

)(i sd i

i x q e ij

∑λ得出：

1)(11)(11)(1

21102201=++??

?=++??

?=++???e e e r e e e r e e e r r s s s

r s s r s λλλλλλλλλ

由上面的方程组可得：121====r λλλ

由∑==J

j i

j ij e y w 1

1)(λ可得：

)()()(1)()()(1)()()(21021201=+++=+++=+++s r s s s r s s r s e y w e y w e y w e y w e y w e y w e y w e y w e y w

由上面可得：)()()(21r y w y w y w === ，又因为

∑=j

w 1)(，所以

y w y w y w r 1)()()(21=

=== 由ij

sd i j i j e

y w x y p λ)()|(=可得：p= r

e ij

sd ,所以[p]= ??

??????

???????????r r e r e r e r

e r

e r e r s s s

s s s 111

e r e

d x q y w s

I i J

j sd ij i i j ij

)1()()(11

∑∑

==λ,s=1ln -r Dr R(D)=sD+1

log )(1

-=∑=r Dr

D x q I

i i i λ 由

)|()

()

()|()

()()|(i j j i i j j j i j i x y p y w x q x y p y w y x p y x ==

φ得反向信道转移概率为：[?]=

??????

???????????r r e r e r e r r e r

e r e r s s s

s s s 111

4.16二元信源??

???=??????5.005.00)(x q X ，

信源输出速率v=2.5b/s,通过信息传输率R1=2b/s 的无噪无损信道传输，试问：

(1)信源能否在此信道中进行无失真传输；

(2)若此信道的失真测度定义为汉明失真测度，则平均失真多大时，可在该信道中传输。解：

(1) 根据无损无噪信道容量C=maxH(x),当信源等概率分布时H(x)最大，所以

max[H(x)]=∑==-=-

12*)5.0log 5.0()(log )(i i

x q x q ,即C=1b/s,因为R>C ，所以不可能实

现无差错传输，即不可能在此信道中进行无失真传输

(2) 由题意得d=???

???0110,5.0,0max min ==D D

由表达式1=)(i sd

i x q e ij ∑λ可得下列方程组：

1)(21

21=+s e λλ 1)(2

21=+λλs e 解得：s e +==12

21λλ 由

∑==J

j i

sd j

w 1

)(λ可得：

21)()(21)()(2121s

s s

y w e y w e e y w y w +=

++=

+21

)()(21==?y w y w 由ij sd

i j i j e y w x y p λ)()|(=得：

s s

e x y p e e x y p e e x y p e x y p +=+=+=+=11

)|(,1)|(1)|(,11)|(1

1122111

∑∑==+==2

1)|()(i j s

ij i j i e e d x y p x q D 由5.0,0,max min ==≥D D D D ，所以有max min D D D ≤≤

4.17信源X={x1,x2,x3,x4},信宿Y={y1,y2,y3,y4,y5,y6,y7},信源等概率分布，失真测度矩阵为

[d]=????

?∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞∞???

???∞∞∞333310101010,证明率失真函数R(D)如题图4-1所示。解：

由题意可得：

2log 24

*)41log 41()()(.3,0min max min =-====x H D R D D

所以R(D)的取值范围是：2log 2)(0≤≤D R

)|()|()|()|()|()|()|()|()

|()|()|()|()|()|()|()|(45434241353432312624232116141312================x y p x y p x y p x y p x y p x y p x y p x y p x y p x y p x y p x y p x y p x y p x y p x y p βαβγγγγγββββαααα+=+==????

????

???=∑∑2);(,3)|()(,0000000000000000)|p(y j X Y I d x y p x q D x i j ij i j i i 根据)()()(22112211D R D R D D R αααα+≤+可得：

令,2

,61,31,212121=-===ββαα有方程组：

1,)(21)(61)2161()(31)(21)3121(00max 0max max min max min =???

????

???????+-≤+-+≤+D D R D R D D R D R D R D D R

由方程组可得：,2log )(,2log )(00≥≤D R D R 所以2log )(0=D R

由上面证明可得失真函数R(D)确实如书中图所示。

4.18信源符号集{0,1}，信宿符号集{0,1,2}，信源等概率分布，失真测度矩阵[d]=??

∞???∞1100,求率失真函数R(D). 解：

由等概率分布和对称性可得：

--???=αααα1100)|(i j x y p ，αα=-==∑∑);(,1)|()(X Y I d x y p x q D i j ij i j i

????

?≥≤≤-=1

,01

0,1)(D D D D R 1,0max min ==D D

答案~信息论与编码练习

1、有一个二元对称信道，其信道矩阵如下图所示。设该信道以1500个二元符号/秒的速度传输输入符号。现有一消息序列共有14000个二元符号，并设在这消息中P(0)=P(1)=1/2。问从信息传输的角度来考虑，10秒钟内能否将这消息序列无失真地传送完？解答：消息是一个二元序列，且为等概率分布，即P(0)=P(1)=1/2，故信源的熵为H(X)=1(bit/symbol)。则该消息序列含有的信息量＝14000(bit/symbol)。下面计算该二元对称信道能传输的最大的信息传输速率：信道传递矩阵为：信道容量（最大信息传输率）为： C=1-H(P)=1-H(0.98)≈0.8586bit/symbol 得最大信息传输速率为： Rt ≈1500符号/秒× 0.8586比特/符号 ≈1287.9比特/秒 ≈1.288×103比特/秒此信道10秒钟内能无失真传输得最大信息量＝10× Rt ≈ 1.288×104比特可见，此信道10秒内能无失真传输得最大信息量小于这消息序列所含有的信息量，故从信息传输的角度来考虑，不可能在10秒钟内将这消息无失真的传送完。 2、若已知信道输入分布为等概率分布，且有如下两个信道，其转移概率矩阵分别为：试求这两个信道的信道容量，并问这两个信道是否有噪声？ 3 、已知随即变量X 和Y 的联合分布如下所示： 01 100.980.020.020.98P ?? =?? ??11112222 1111222212111122221111222200000000000000000000000000000000P P ????????????==????????????11 222 2111 2222 2 log 4(00)1/()log 42/log 8(000000)2/(),H bit symbol H X bit symbol C C H bit symbol H X C =-===>=-==1解答：(1)由信道1的信道矩阵可知为对称信道故C 有熵损失，有噪声。(2)为对称信道，输入为等概率分布时达到信道容量无噪声

信息论与编码试卷与答案

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，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，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A表示“大学生”这一事件，B表示“身高1.60以上”这一事件，则 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 （2分） 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：

信息论与编码复习题目

信息论复习提纲第一章绪论 1．通信系统模型； 2．香浓信息的概念； 3．信源、信道、信源编码和信道编码研究的核心问题。第二章离散信源及信源熵 1．离散信息量、联合信息量、条件信息量、互信息量定义； 2．信源熵、条件熵、联合熵定义； 3．平均互信息量定义、性质、三种表达式及物理意义，与其它熵的关系（不证明）； 4．最大信源熵定理及证明； 5．本章所有讲过的例题；第三章离散信源的信源编码 1．信息传输速率、编码效率定义； 2．最佳编码定理（即节定理：概率越大，码长越小；概率越小，码长越大）及证明； 3．码组为即时码的充要条件； 4．单义可译定理（Kraft不等式）及应用； 5．费诺编码方法、霍夫曼编码方法应用（二进制，三进制，四进制）；6．本章所有讲过的例题；第四章离散信道容量 1．利用信道矩阵计算信道容量（离散无噪信道、强对称离散信道、对称离

散信道、准对称离散信道）； 2．本章讲过的例题；第五章连续消息和连续信道 1．相对熵的定义； 2．均匀分布、高斯分布、指数分布的相对熵及证明； 3．峰值功率受限条件下的最大熵定理及证明，平均功率受限条件下的最大熵定理及证明，均值受限条件下的最大熵定理及证明； 4．香农公式及意义； 5．本章所有讲过的例题；第六章差错控制 1．重量、最小重量、汉明距离、最小汉明距离、编码效率的定义；2．最小距离与检错、纠错的关系（即节定理）； 3．本章所有讲过的例题；第七章线性分组码 1．线性分组码定义； 2．线性分组码的最小距离与最小重量的关系及证明； 3．生成矩阵、一致校验矩阵定义，给出线性方程组求出生成矩阵和一致校验矩阵的标准形式，生成矩阵与一致校验矩阵的关系； 4．制作标准阵列并利用标准阵列译码； 5．本章所有讲过的例题；第八章循环码 1．生成多项式的特点，有关定理（三定理1，定理2，定理3）及证明；

信息论与编码课后习题答案

1．有一个马尔可夫信源，已知p(x 1|x 1)=2/3，p(x 2|x 1)=1/3，p(x 1|x 2)=1，p(x 2|x 2)=0，试画出该信源的香农线图，并求出信源熵。解：该信源的香农线图为： 1/3 ○ ○ 2/3 (x 1) 1 (x 2) 在计算信源熵之前，先用转移概率求稳定状态下二个状态x 1和 x 2 的概率)(1x p 和)(2x p 立方程：)()()(1111x p x x p x p =+)()(221x p x x p =)()(2132x p x p + )()()(1122x p x x p x p =+)()(222x p x x p =)(0)(2131x p x p + )()(21x p x p +=1 得4 3 1)(=x p 4 12)(=x p 马尔可夫信源熵H = ∑∑- I J i j i j i x x p x x p x p )(log )()( 得 H=0.689bit/符号 2．设有一个无记忆信源发出符号A 和B ，已知4 341)(.)(= =B p A p 。求： ①计算该信源熵； ②设该信源改为发出二重符号序列消息的信源，采用费诺编码方法，求其平均信息传输速率； ③又设该信源改为发三重序列消息的信源，采用霍夫曼编码方法，求其平均信息传输速率。解：①∑- =X i i x p x p X H )(log )()( =0.812 bit/符号 ②发出二重符号序列消息的信源,发出四种消息的概率分别为用费诺编码方法代码组 b i BB 0 1 BA 10 2 AB 110 3 AA 111 3 无记忆信源 624.1)(2)(2 ==X H X H bit/双符号平均代码组长度 2B =1.687 bit/双符号 B X H R )(22==0.963 bit/码元时间 ③三重符号序列消息有8个,它们的概率分别为用霍夫曼编码方法代码组 b i BBB 64 27 0 0 1 BBA 64 9 0 )(6419 1 110 3

信息论与编码试题集与答案(2014)

一填空题 1、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、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、香农公式为为保证足够大的信道容量，可采用（1）用频带换信噪比；（2）用信噪比换频带。 4、只要，当N 足够长时，一定存在一种无失真编码。 5、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。 6、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。 7.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。 8.信息的可度量性是建立信息论的基础。 9.统计度量是信息度量最常用的方法。 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 ∞ 。 15、两个相互独立的随机变量的联合自信息量等于两个自信息量之和。 16、数据处理定理：当消息经过多级处理后，随着处理器数目的增多，输入消息与输出消息之间的平均互信息量趋于变小。 17、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。 18、离散平稳有记忆信源的极限熵，=∞H )/(lim 121-∞→N N N X X X X H 。 19、对于n 元m 阶马尔可夫信源，其状态空间共有 n m 个不同的状态。 20、一维连续随即变量X 在[a ，b]区间内均匀分布时，其信源熵为 log2（b-a ）。

信息论与编码试卷及答案(多篇)

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：

信息论与编码理论课后习题答案高等教育出版社

信息论与编码理论习题解第二章-信息量和熵解: 平均每个符号长为:154 4.0312.032= ?+?秒每个符号的熵为9183.03log 3 1 23log 32=?+?比特/符号所以信息速率为444.34 15 9183.0=?比特/秒解: 同步信号均相同不含信息,其余认为等概, 每个码字的信息量为 3*2=6 比特；所以信息速率为600010006=?比特/秒解:(a)一对骰子总点数为7的概率是 36 6 所以得到的信息量为 585.2)366(log 2= 比特 (b) 一对骰子总点数为12的概率是36 1 所以得到的信息量为 17.536 1 log 2= 比特解: (a)任一特定排列的概率为 ! 521 ,所以给出的信息量为 58.225! 521 log 2 =- 比特 (b) 从中任取13张牌,所给出的点数都不相同的概率为 1352 13 13 521344!13C A =? 所以得到的信息量为 21.134 log 1313 52 2=C 比特. 解:易证每次出现i 点的概率为 21 i ,所以

比特比特比特比特比特比特比特398.221 log 21)(807.1)6(070.2)5(392.2)4(807.2)3(392.3)2(392.4)1(6,5,4,3,2,1,21 log )(26 12=-==============-==∑ =i i X H x I x I x I x I x I x I i i i x I i 解: 可能有的排列总数为 27720! 5!4!3! 12= 没有两棵梧桐树相邻的排列数可如下图求得， Y X Y X Y X Y X Y X Y X Y X Y 图中X 表示白杨或白桦，它有???? ??37种排法，Y 表示梧桐树可以栽种的位置，它有???? ??58种排法，所以共有???? ??58*???? ??37=1960种排法保证没有两棵梧桐树相邻，因此若告诉你没有两棵梧桐树相邻时，得到关于树排列的信息为1960log 27720log 22-= 比特解: X=0表示未录取，X=1表示录取； Y=0表示本市，Y=1表示外地； Z=0表示学过英语，Z=1表示未学过英语，由此得

信息论与编码期中试卷及答案

信息论与编码期中试题答案一、（10’）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 。二、（10?）判断题（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，平均互信息量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）。（? ）（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、（10?）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A表示“大学生”这一事件，B表示“身高1.60以上”这一事件，则 P(A)=0.25 p(B)=0.5 p(B|A)=0.75 （5分）故p(A|B)=p(AB)/p(B)=p(A)p(B|A)/p(B)=0.75*0.25/0.5=0.375 （4分） I(A|B)=-log0.375=1.42bit （1分）

信息论与编码习题参考答案(全)

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： bit P a I N n P bit P a I N n P c c N 17.536log log )(36 1 )2(17.418log log )(362)1(36 662221111 616==-=∴====-=∴== =?==样本空间： * (3)信源空间： bit x H 32.436log 36 16236log 36215)(=??+?? =∴

bit x H 71.3636 log 366536log 3610 436log 368336log 366236log 36436log 362)(=??+?+?+??= ∴＋＋ (5) bit P a I N n P 17.111 36 log 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：！ bit a P a P a a P a I a P A i 58.548log )(log )()(H 48log )(log )(481 )(:)1(48 1 i i i i i ==-=∴=-=∴= ∑=落入任一格的概率 bit b P b P b b P b I b P A i 55.547log )(log )()(H 47 log )(log )(47 1 )(:B ,)2(48 1i 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 bit AB P AB P AB H AB P AB I AB P AB i i i i i i i 14.11)4748log()(log )()() (log )(47 1 481)()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”。问这两个回答中各含有多少信息量平均每个回答中各含有多少信息量如果你问一位女士，则她的答案中含有多少平均信息量解：

信息论与编码课后答案

一个马尔可夫信源有3个符号{}1,23,u u u ，转移概率为：()11|1/2p u u =，()21|1/2p u u =， ()31|0p u u =，()12|1/3p u u =，()22|0p u u =，()32|2/3p u u =，()13|1/3p u u =，()23|2/3p u u =，()33|0p u u =，画出状态图并求出各符号稳态概率。解：状态图如下状态转移矩阵为： 1/21/2 01/302/31/32/30p ?? ?= ? ??? 设状态u 1，u 2，u 3稳定后的概率分别为W 1，W 2、W 3 由1231WP W W W W =??++=?得1231132231231 112331223 231W W W W W W W W W W W W ?++=???+=???=???++=? 计算可得1231025925625W W W ?=??? =?? ?=?? 由符号集{0，1}组成的二阶马尔可夫链，其转移概率为：(0|00)p =，(0|11)p =，(1|00)p =， (1|11)p =，(0|01)p =，(0|10)p =，(1|01)p =，(1|10)p =。画出状态图，并计算各状态的稳态概率。解：(0|00)(00|00)0.8p p == (0|01)(10|01)0.5p p == (0|11)(10|11)0.2p p == (0|10)(00|10)0.5p p == (1|00)(01|00)0.2p p == (1|01)(11|01)0.5p p == (1|11)(11|11)0.8p p == (1|10)(01|10)0.5p p ==

信息论与编码理论习题答案

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?8log =2?3=6 bit 因此，信息速率为 6?1000=6000 bit/s 2.3 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} )(a p =366=6 1 得到的信息量 =) (1 log a p =6log =2.585 bit (2) 可能的唯一，为 {6，6} )(b p =361 得到的信息量=) (1 log b p =36log =5.17 bit 2.4 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) )(a p =! 521 信息量=) (1 log a p =!52log =225.58 bit (b) ???????花色任选种点数任意排列 13413!13 )(b p =13 52134!13A ?=1352 13 4C 信息量=1313 52 4log log -C =13.208 bit

信息论与编码试题集与答案

一填空题（本题20分，每小题2分） 1、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、最大离散熵定理为：离散无记忆信源，等概率分布时熵最大。 3、最大熵值为。 4、通信系统模型如下： 5、香农公式为为保证足够大的信道容量，可采用（1）用频带换信噪比；（2）用信噪比换频带。 6、只要，当N足够长时，一定存在一种无失真编码。 7、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、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。 9、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。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。按照信息的地位，可以把信息分成客观信息和主观信息。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。信息的可度量性是建立信息论的基础。统计度量是信息度量最常用的方法。熵是香农信息论最基本最重要的概念。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∞。 15、两个相互独立的随机变量的联合自信息量等于两个自信息量之和。 16、数据处理定理：当消息经过多级处理后，随着处理器数目的增多，输入消息与输出消息之间的平均互信息量趋于变小。 17、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。 18、离散平稳有记忆信源的极限熵，。 19、对于n元m阶马尔可夫信源，其状态空间共有 nm 个不同的状态。 20、一维连续随即变量X在[a，b]区间内均匀分布时，其信源熵为 log2（b-a）。

信息论与编码习题与答案第四章

4-1 设有一个二元等该率信源{}1,0∈X ,2/110==p p ，通过一个二进制对称信道（BSC ）。其失真函数ij d 与信道转移概率ij p 分别定义为 j i j i d ij =≠???=,0,1 ，j i j i p ij =≠? ??-=,1,εε 试求失真矩阵d 和平均失真D 。解：由题意得，失真矩阵为d ??????=0110d ，信道转移概率矩阵为P ?? ????--=εεεε11)(i j 平均失真为ε εεεε=?-+?+?+?-= =∑0)1(211211210)1(21),()()(,j i d i j p i p D j i 4-3 设输入符号与输出符号X 和Y 均取值于{0,1,2,3}，且输入符号的概率分布为P(X=i)=1/4,i=0,1,2,3,设失真矩阵为 ????? ???????=0111101111011110d 求)(),(,,max min max min D R D R D D 以及相应的编码器转移概率矩阵。解：由题意，得 0min =D 则symbol bit X H R D R /24log )()0()(2min ==== 这时信源无失真，0→0,1→1,2→2,3→3，相应的编码器转移概率矩阵为

????? ???????=1000 010*********)j (i P ∑===30 3,2,1,0max ),()(min i j j i d i p D ，，14 1141041141141141141041min{?+?+?+??+?+?+?= }04 1141141141141041141141?+?+?+??+?+?+?， 43}43,43,43,43min{== 则0)(max =D R 此时输出概率分布可有多种，其中一种为：p(0)=1,p(1)=p(2)=p(3)=0 则相应的编码器转移概率矩阵为????? ???????=0001000100010001)(i j P

信息论与编码(第二版)曹雪虹(最全版本)答案

《信息论与编码（第二版）》曹雪虹答案第二章 2.1一个马尔可夫信源有3个符号{}1,23,u u u ，转移概率为：()11|1/2p u u =，()21|1/2p u u =， ()31|0p u u =，()12|1/3p u u =，()22|0p u u =，()32|2/3p u u =，()13|1/3p u u =，()23|2/3p u u =，()33|0p u u =，画出状态图并求出各符号稳态概率。解：状态图如下状态转移矩阵为： 1/21/2 01/302/31/32/30p ?? ?= ? ??? 设状态u 1，u 2，u 3稳定后的概率分别为W 1，W 2、W 3 由1231WP W W W W =??++=?得1231132231231 112331223231W W W W W W W W W W W W ?++=???+=???=???++=? 计算可得1231025925625W W W ?=??? =? ? ?=?? 2.2 由符号集{0，1}组成的二阶马尔可夫链，其转移概率为：(0|00)p =0.8，(0|11)p =0.2， (1|00)p =0.2，(1|11)p =0.8，(0|01)p =0.5，(0|10)p =0.5，(1|01)p =0.5，(1|10)p =0.5。画出状态图，并计算各状态的稳态概率。解：(0|00)(00|00)0.8p p == (0|01)(10|01)0.5p p == (0|11)(10|11)0.2p p == (0|10)(00|10)0.5p p == (1|00)(01|00)0.2p p == (1|01)(11|01)0.5p p == (1|11)(11|11)0.8p p == (1|10)(01|10)0.5p p ==

第四章信源编码习题解答

第四章信源编码习题解答 1、一个信源由 1）哪些是非奇异码？哪些是唯一可译码？哪些是即时码？ 2）分别计算每个唯一可译码的平均码长和编码效率。解：1）A 、B 、C 、D 、E 、F 是非奇异码。A 、B 、C 、F 是唯一可译码（E 不满足克拉夫特不等式）。A 、C 、F 是即时码（B 是续长码）。 3）编码A ：平均码长：3A L = 码元/消息信源熵：111111 ()lb lb 4lb 222441616 H X =- --?=比特/消息编码效率：max ()/2/3 66.7%lb21 A H H X L H η====码码编码B 和C ：平均码长：111111 23456 2.1252416161616 B C L L ==+?+?+?+?+?= 码元/消息编码效率：max ()/2/2.125 94.1%lb21 B C H H X L H ηη=====码码编码F ：平均码长：11 1234 2.524 16F L ??=? +?+?= ??? 码元/消息编码效率：max ()/2/2.5 80%lb21 F H H X L H η====码码 2、离散无记忆信源X 的概率空间为：1 234567()0.200.190.180.170.150.100.01X x x x x x x x p X ????=???? ?? ?? 1）对其进行费诺编码，并计算其编码效率；

2）对其进行哈夫曼编码，并将其编码效率与费诺编码相比较。解：1）费诺编码：平均码长：()()()0.20.1720.190.180.1530.10.014 2.74L =+?+++?++?=码元/符号信源熵： ()0.20lb0.200.19lb0.190.18lb0.180.17lb0.170.15lb0.150.1lb0.10.01lb0.01 2.60/874H X =-------= 比特符号编码后平均码元熵：() 2.60874 0.95212.74H X H L = ==码比特/码元编码效率：max 0.9521 95.21%lb2 H H η= ==码码 2）哈夫曼编码：码长码字信源X p (X ) 2 10 x 1 2 11 x 2 3 000 x 3 3 001 x 4 3 010 x 5 4 0110 x 6 4 0111 x 7 平均码长：()()()0.20.1920.180.170.1530.10.014 2.72L =+?+++?++?=码元/符号编码后平均码元熵：() 2.60874 0.95912.72H X H L = ==码比特/码元

信息论与编码理论习题答案全解

信息理论与编码期末试卷A及答案

一、填空题（每空1分，共35分） 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。信息论的基础理论是，它属于狭义信息论。 2、信号是的载体，消息是的载体。 3、某信源有五种符号}{,,,,a b c d e ，先验概率分别为5.0=a P ，25.0=b P ，125.0=c P ，0625.0==e d P P ，则符号“a ”的自信息量为 bit ，此信源的熵为 bit/符号。 4、某离散无记忆信源X ，其概率空间和重量空间分别为1 234 0.50.250.1250.125X x x x x P ????=??? ?????和1234 0.5122X x x x x w ???? =??????? ? ，则其信源熵和加权熵分别为和。 5、信源的剩余度主要来自两个方面，一是，二是。 6、平均互信息量与信息熵、联合熵的关系是。 7、信道的输出仅与信道当前输入有关，而与过去输入无关的信道称为信道。 8、马尔可夫信源需要满足两个条件：一、；二、。 9、若某信道矩阵为????? ????? ??01000 1 000001 100，则该信道的信道容量C=__________。 10、根据是否允许失真，信源编码可分为和。 11、信源编码的概率匹配原则是：概率大的信源符号用，概率小的信源符号用。（填短码或长码） 12、在现代通信系统中，信源编码主要用于解决信息传输中的性，信道编码主要用于解决信息传输中的性，保密密编码主要用于解决信息传输中的安全性。 13、差错控制的基本方式大致可以分为、和混合纠错。 14、某线性分组码的最小汉明距dmin=4，则该码最多能检测出个随机错，最多能纠正个随机错。 15、码字101111101、011111101、100111001之间的最小汉明距离为。 16、对于密码系统安全性的评价，通常分为和两种标准。 17、单密钥体制是指。 18、现代数据加密体制主要分为和两种体制。 19、评价密码体制安全性有不同的途径，包括无条件安全性、和。 20、时间戳根据产生方式的不同分为两类：即和。二、选择题（每小题1分，共10分） 1、下列不属于消息的是（）。 A. 文字 B. 信号 C. 图像 D. 语言 2、设有一个无记忆信源发出符号A 和B ，已知4341)(,)(==B p A p ，发出二重符号序列消息的信源，无记忆信源熵)(2X H 为（）。 A. 0.81bit/二重符号 B. 1.62bit/二重符号 C. 0.93 bit/二重符号 D . 1.86 bit/二重符号 3、同时扔两个正常的骰子，即各面呈现的概率都是1/6，若点数之和为12，则得到的自信息为（）。 A. －log36bit B. log36bit C. －log (11/36)bit D. log (11/36)bit 4、二进制通信系统使用符号0和1，由于存在失真，传输时会产生误码，用符号表示下列事件，x0: 发出一个0 、 x1: 发出一个1、 y0 : 收到一个0、 y1: 收到一个1 ，则已知收到的符号，被告知发出的符号能得到的信息量是（）。 A. H(X/Y) B. H(Y/X) C. H( X, Y) D. H(XY) 5、一个随即变量x 的概率密度函数P(x)= x /2，V 20≤≤x ，则信源的相对熵为（）。 A . 0.5bit B. 0.72bit C. 1bit D. 1.44bit 6、下面哪一项不属于熵的性质：（） A ．非负性 B ．完备性 C ．对称性 D ．确定性信息论与编码信息论与编码

信息论与编码理论第二章习题答案

I (X ;Y=1)= P(x/Y 1)I(x;Y 1) x P(x/Y 1)log P(x/Y 1) P(x) = P(X 0/Y 1)log P(X 0/Y 1) P(X 0) P(X 1/Y 1)log P(X 1/Y 1) P(X 1) 部分答案，仅供参考。信息速率是指平均每秒传输的信息量点和划出现的信息量分别为log3Jog3， 2’ 一秒钟点和划出现的次数平均为 1 15 2 1 ~4 0.20.4 - 3 3 一秒钟点和划分别出现的次数平均为巴5 4 4 那么根据两者出现的次数，可以计算一秒钟其信息量平均为10 log 3 5 竺 5 4 2 4 4 2 解： ⑻骰子A和B，掷出7点有以下6种可能： A=1,B=6; A=2,B=5; A=3,B=4; A=4,B=3; A=5,B=2; A=6,B=1 概率为6/36=1/6，所以信息量 -log(1/6)=1+log3 ~ bit (b)骰子A和B,掷出12点只有1种可能： A=6,B=6 概率为1/36，所以信息量 -log(1/36)=2+log9 ~ bit 解：出现各点数的概率和信息量： 1 点：1/21 , log21 ?bit ; 2 点：2/21 , log21-1 ?bit ; 3 点：1/7 , log7 4 点：4/21 , log21-2 5 点：5/21 , log (21/5 )~; 6 点：2/ 7 , log(7/2)? 平均信息量： (1/21) X +(2/21) X +(1/7) X +(4/21) X +(5/21) X +(2/7) 解： X=1:考生被录取；X=0考生未被录取； Y=1：考生来自本市；Y=0考生来自外地； Z=1:考生学过英语；z=o：考生未学过英语 P(X=1)=1/4, P( X=q=3/4; P( Y=1/ X=1)=1/2 ；P( Y=1/ X=0)=1/10 ；P(Z=1/ Y=1 )=1, P( Z=1/ X=0, Y=0 )=, P( Z=1/ X=1, Y=0 )=, P(Z=1/Y=0)= (a)P(X=0,Y=1)=P(Y=1/X=0)P(X=0)=, P(X=1,Y=1)= P(Y=1/X=1)P(X=1)= P(Y=1)= P(X=0,Y=1)+ P(X=1,Y=1)= P(X=0/Y=1)=P(X=0,Y=1)/P(Y=1)=, P(X=1/Y=1)=P(X=1,Y=1)/P(Y=1)=

信息论与编码习题参考答案(全)

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： bit P 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(36 662221111 616==-=∴====-=∴== =?==样本空间： (3)信源空间： bit x H 32.436log 36 62log 3615)(=??+?? =∴ (4)信源空间： bit x H 71.3636 log 366536log 3610 436log 368336log 366236log 36436log 362)(=??+?+?+??= ∴＋＋ (5) bit P a I N n P 17.11136 log 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： bit a P a P a a P a I a P A i 58.548log )(log )()(H 48log )(log )(481 )(:)1(48 1 i i i i i ==-=∴=-=∴= ∑=落入任一格的概率 bit b P b P b b P b I b P A i 55.547log )(log )()(H 47 log )(log )(47 1 )(:B ,)2(48 1i 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 bit AB P AB P AB H AB P AB I AB P AB i i i i i i i 14.11)4748log()(log )()() (log )(47 1 481)()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”。问这两个回答中各含有多少信息量？平均每个回答中各含有多少信息量？如果你问一位女士，则她的答案中含有多少平均信息量？解： bit w P w P w P w P m m P m I w P w I bit m P m P m P m P m bit m P m I bit m P m I n n y y n n y y n n y y n n y y 0454.0log99.5%99.5%-log0.5%-0.5% )(log )()(log )()(H % 5.99log )(log )(%5.0log )(log )(36 6.0log93%93%-log7%-7% )(log )()(log )()(H 105.0%93log )(log )(84.3%7log )(log )(: =??=?-?-=-=-=-=-==??=?-?-==-=-==-=-=平均每个回答信息量：：回答“不是”的信息量回答“是”的信息量：对于女：平均每个回答信息量：：回答“不是”的信息量回答“是”的信息量：对于男士

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