浅谈工程热力学里的熵
工程热力学论文
题目：浅谈工程热力学里的熵
姓名：杨枫
学号：1122610312
专业：建筑环境与设备工程
导师：谭羽非
学院：市政环境工程学院
2013年12月24日
浅谈工程热力学中的熵
摘要:熵是工程热力学中重要的概念,它是对热力学第二定律的深化和补充,同时熵定律又是对基于热力学第二定律的熵的深化和扩展。熵也可以作为节能的标准,熵的理论在环境中的应用很广泛, 对于保护环境维持生态平衡具有重要意义。
关键词:熵的概念热力学第二定律熵增原理
正文：熵是物理学中一个非常重要的概念，最早由德国物理学家克劳修斯提出，后来玻尔兹曼又用统计的方法给出了熵的定义。我国据此译成热温之商,为了反映与热有关,加上火字旁,创造了新汉字熵。从1865 年提出熵到现今已经有150 多年的历史了，现在的熵已不局限于物理学中，在其它学科都有着广泛的应用，熵的概念有泛化的趋势。另一方面，就物理学中的熵仍有诸多争论的问题，可以说，没有哪一个物理概念像熵一样难以理解，应用广泛，同时又伴随着诸多未解之迷从。物理学角度来说,熵是物质分子紊乱程度的描述,紊乱程度越大,熵也
越大;从能量及其利用角度来说,熵是不可逆耗散程度的量度,不可逆能量耗散越多,熵变化越大。熵增加意味着有效作功能量的减少。在工程热力学中,熵是热力学第二定律的一个重要概念及参数。从热力学的角度,认为可以从以下几个方面来理解熵这个概念。
一．熵概念的提出
熵的概念由卡诺循环引出的。卡诺循环由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程组成。工质在两个恒温热源间循环,没有耗散损失。对微卡诺循环,以微元可逆热机为例,设有高温热源温度T1,低温热源温度T2,工质从高温热源吸热为DQ1,向低温热源放热为DQ2,
由G=1-DQ2/DQ1=1-T2/T1得
DQ2/ T2=DQ1/ T1
由于DQ2与DQ1符号相反,代入符号,有
DQ2/ T2+DQ1/ T1=0
对任意可逆循环,都可分割成无限多个微元卡诺循环,
则有RDQ/T=0 (1)
式(1)即克劳修斯积分式。式(1)表明任意工质经任意一个可逆循环后,微量DQ/T 沿整个循环的积分为零。状态参数的充要条件为该参数的微分一定是全微分,且全微分的循环积分为零。式(1)说明,DQ/T一定是某个参数的全微分。克劳修斯将这一参数定名为熵,以符号S表示,
于是dS=DQ/T (2)
熵是状态参数,工质经一微元过程,熵的变化等于初、终态任意一个可逆过程中与热源交换的热量和热源温度的比值。熵的变化只由初、终态参数确定,与中间所经历的途径无关。式(1)和(2)前提条件是可逆的,既在没有任何耗散的条件下,工质的温度和热源的温度才处处相等。
二．熵与热力学第二定律
实际工质的热力过程都是不可逆的,可逆过程只是将过程视为极端缓慢的情况下,工质内部及工质与周围环境能时刻处于平衡状态,这是一种理想化过程。现在来
分析不可逆过程热力学第二定律的数学判据。对任意不可逆微元循环热机,热效率为
Gt,IR=1-DQ2/DQ1
在同样热源、冷源温度下,可逆热机效率为
Gt,R=1-T2/T1
由卡诺定理得
1-DQ2/DQ1< 1-T2/T1
DQ2/ T2>DQ1/ T1
考虑DQ2与DQ1为代数值,则
DQ2/ T2+DQ1/ T1< 0 (3)
将(1)式和(3)式合在一起,则有
RDQ/Tr[0 (4)
(4)式即为著名的克劳修斯积分不等式,任何循环的克劳修斯积分永远不大于零。其中温度为热源温度。热量为工质从热源吸收或放出的热量。当过程为可逆循环时,该积分为零,为不可逆循环时,该积分小于零。
由(4)式可以推得不可逆过程中熵的变化$S和RDQ/Tr的关系。设有任意可逆过程1-a-2,有一不可逆过程2-b-1,组成一个不可逆循环,由克劳修斯积分式,有Q1a2DQ/Tr+Q2b1DQ/Tr< 0
对于可逆过程1-a-2,有
Q1a2DQ/Tr=S2-S1
对于不可逆过程2-b-1,有
Q2b1DQ/Tr 由此得到S2-S1\Q12DQ/Tr (5) 由(5)式可知,对可逆和不可逆循环来说,当DQ/Tr相同时,不可逆循环的熵变将大于可逆循环的熵变,增大的部分是由不可逆因素引起的,称为熵产,用$Sg表示。DQ/Tr完全由系统与外界热交换引起的,称为熵流,用$Sf表示,则任意不可逆过程熵变化可表示为 $S=$Sg+$Sf (6) 式(6)称为封闭系统的熵方程。$Sf为单纯由换热引起的,可以因工质吸热、放热或与外界无热交换,其值可大于零、小于零或等于零。而$Sg却由于是不可逆因素引起的,其值只能恒大于零,即使对于可逆过程也只能等于零,永远不能小于零。由式(6)可得孤立系统熵增原理。对于孤立系统,与外界没有热交换,所以熵流为零,而熵产总是大于或等于零。则,孤立系统有 $Siso\0 (7) 这就是孤立系统熵增原理,孤立系统的熵只能增加或不变,而不会减少。不变的情况是一种理想情况,即可逆情况,实际上是很难达到的。那么熵与作功的品质究竟有什么关系呢?在这里,我们要了解另外一个概念,即作功能力。所谓系统的作功能力,指的是在给定环境条件下,系统可能作出的最大有用功,它意味着过程终了时,系统应与环境达到热力平衡,因而通常取环境温度T0作为作功能力的标准,作功能力损失的计算式为 W=T0$Siso 由此可见,热力学第二定律可表示为 RDQ/Tr[0 (4) S2-S1\Q12DQ/Tr (5) $S=$Sg+$Sf (6) $Siso\0 (7) 其中(4)式适用于循环过程,(5)和(6)式适用于任何封闭系统,(7)式适用于孤立系统。根据孤立系统熵增原理,克劳修斯得到这样一个结论:孤立系统的有效能量会越来越少,则自然界中的能量会不断地贬值,一直到宇宙因失去运动的能量而停息,进入一种热死亡状态,这就是/热死说0或/热寂说0,显然,这种理论是不正确的,也就是热力学第二定律有着局限性,不适用于整个宇宙。 三．普诺高基(progogire)熵定律 基于热力学第二定律所揭示的热传导不可逆性熵变原理只是描述了封闭系统的熵变规律,显然,它不可能解释开放系统的状态变化规律。这一问题引起很多学者的关注,比利时著名科学家普诺高基在进一步研究热力学的基础上创造耗散结构理论时,指出任何系统的ds都是由交换熵des和内生熵dis组成,用公式表示就是ds=des+dis 按交换熵des=0还是desX0,将系统分为开放和封闭两种类型;按内生熵dis=0还是dis>0,将系统分为平衡和不平衡两种状态,将两者组合起来,系统都可用下列四种形式表示 1.静态结构:des=0,dis=0 2.稳定结构:desX0,dis=0 3.耗散结构:desX0,dis>0 4.封闭结构:des=0,dis>0 上述四种系统的熵按1234的顺序不断增加。从广义的熵的角度来说,无论自然系统,还是人工系统都从属于这四种系统的结构形式。1是平衡型封闭系统,表现为静态。4是非平衡型封闭系统,表现为混乱态。1,4统称为封闭型。2,3为开放系统。2是平衡型开放系统,表现为稳定态,3为不平衡型开放系统,表现为耗散态。 普诺高基熵定律弥补了基于热力学第二定律的熵定律的不足,这种基于系统论的熵定律告诉我们,宇宙中既有正熵过程,也有负熵过程,因而可以调节总熵的大小,所以“热寂说”或“热死说”是没有根据的。但我们也必须看到,由于人类自身对资源的无节制的使用,我们可以利用的资源在不断遭到破坏,环境污染日趋严重,生态平衡遭到破坏,我们地球上的每个人都应该意识到这个问题的严重性,努力地使整个社会健康有序地发展,这其实就是一个让熵降低的过程,也就是不断地用负熵来抵消熵增加的过程。当然,这里的熵是指广义的熵,这也是熵的应用的新进展,即熵对于整个人类社会的发展的意义。 四．关于熵的计算的例题 例 1 .先用电热器使20kg温度t0=20℃的水加热到t1=80℃,然后再用40kg 温度20℃的水混合。求混合后的水温以及电加热和混合这两个过程引起的熵变化。水的定压比热为 4.187KJ/(kg?K)。 通常的解法为： 解设混合后的温度为t,则可写出下列能量方程： m1cp(t1-t)=m2cp(t-t0) 即20×4.187(80-t)=40×4.187(t-20) 从而解出t=40 ℃ 电加热过程中的熵的变化： 混合过程中的熵变化： 总的熵变化： 由于熵是状态参数的特性，根据总共60kg 水由最初的20℃变为最后的40℃可以更简便地算出总的熵产。 解设混合后的温度为t,则可写出下列能量方程： 从而解出t=40 ℃ 例2 .20kg 温度为50℃的水和30kg 温度为80℃的水相混合，然后在定压下加热到100℃。求这一热力系统熵的变化。 通常的解法为： 解:设混合后的温度为t,则可写出下列能量方程： m1c p(t1-t)=m2c p(t-t2) 30×4.187（80-t）=20×4.187(t-50) t=68℃ 混合过程中的熵的变化 =-4.346+4.539=0.193KJ/K 加热过程中的熵的变化： 总的熵变化 利用熵为状态量且为广延量的特征，可以计算20kg 水从初态加热到100℃和30kg 水从初态加热到100℃各自熵变化的 和，即是过程的熵变化。 解： 可以看出，后一种算法给解题和运算带来了便利。 五．熵在环境中的应用 从普里高津熵定律知道熵是可以改变的,可使之增加或减少。把熵进行高度抽象,把现在的能源的不科学利用导致的能源浪费看成是生态系统的无序或混乱度的增大。同时也可说是生态系统熵的增加( 熵表示了系统的混乱度) 。我们从ds ＝des＋dis来看成整个生态系统的熵的变化的情况。des表示与生态系统交换的熵流,可正可负。dis表示生态系统内部的产生的熵, 永远为正。由于能源不科学的利用,没有利用的能量转移到环境中,使des＞０。使整个生态系统熵不断增加。熵定律只说明了能量转化的方向性,但没有说明其速度性。因此人类可以自己的意志来决定其速度。在给定的环境条件下,定态熵可以通过熵的计算来对生态系统的稳定性进行评估。 由公式:ds/dt＝des/dt＋dis/dt ①ds/dt＞０,则负熵流不足以抵消熵产生,生态系统将会崩溃;②ds/dt ＝0,则负熵流恰好抵消熵产生,态系统处于定态;③ds/dt＜０,则负熵流足够充分,生态系统有秩序发展;熵产生ds/dt 是与人类对能源的开发利用的层次有关。建筑能耗占社会总能耗的三分之一,因此应该科学地利用能源,特别是在建筑节能方面将ds/dt 控制在一定范围内。使转移到环境中的熵流减少,甚至可以使之为零或为负,这样才能使人与环境和谐发展。 六．结语 熵”越来越被人们认识和重视，并不断地赋予其新的内涵。正如爱因斯坦所说“熵理论对于整个科学来说是第一法则”。而热力学第二定律中的熵，是“熵”的原始出处，我们理解这个概念时,不仅要从能量的品质方面,即热力学第二定律的角度来理解,还要看到应该以更广的角度分析它。事实上,熵这个概念已经在经济、信息、资源、环境、社会、管理等诸多领域有了更具有现实的意义。正如爱因斯坦所说“熵理论对于整个科学来说是第一法则”从有效利用能源的角度,我们要充分看到能量存在质的问题,要注意发展回收和利用低品位热能的技术,充分利用好低品位热能,特别是工业中的余热,树立节能观念。在利用能源中,要注意能源利用的合理性,保持和维护生态平衡,使得整个社会得到持续稳定的发展,建立一个健康、全局的发展观。因此，掌握好熵概念，不仅是学习好热力学第二定律和工程热力学的关键，对知识面的拓展和科学工作的深入都有着极其重要的作用。 参考文献： 廉乐明谭羽非工程热力学（第五版）北京：中国建筑工业出版社，2006 周继珠等工程热力学国防科技大学出版社，1999 沈维道，郑佩芝，蒋淡安 .工程热力学[M].北京：高等教育出版社,1989. 施明恒，李鹤立，王素美. 工程热力学[M]. 南京：东南大学出版社,2003. 陶文铨，李永堂. 工程热力学[M].武汉：武汉理工大学出版社,2001. 工商管理（职教）学号：1157098 姓名：王骥 生活中的熵原理 我接触到熵这个概念应该是第一次吧，之前又听说这个词但是不是很清楚，而今我在大学物理课本上真正的接触的详细介绍的熵，但是我本人而言仍然不是很清楚这个概念，所以我要理解生活中的熵，参考了一些别人的结论。 在生活中，熵增加原理所带来的结果看上去，它涉及的方面很广泛，在农业、科技、经济、工业等等。概括来说，就是你越是想让一个地方有序，就越是会导致总体的更加无序。你付出的努力越多，使用的技术越高级，所导致的总体无序程度就越大。 在环境治理中，如果要把一处脏乱差的地方收拾干净，就需要把垃圾收集起来运到其他地方进行处理。在这个过程中垃圾的总量并没有减少，而垃圾的运输与处理的过程需要消耗能源产生污染，这其中的代价是由运输垃圾的距离所决定的。在这个过程中，我们难免会用到不同的工具，而这些工具我们需要提前生产制造。在制造这些工具的时候我们需要资金，劳动力，这样仍然会消耗一定的能量。所以在这个过程中所消耗的能量也同样会产生远大于生产所用的工具的废弃物。当然，运输和处理工具是能重复使用的，这样生产各种工具所产生的代价会均摊到每一次使用的过程中。垃圾的各种处理方法也是类似的过程，所以垃圾从你面前移走后就会就此消失这只是个幻想，这样一来等外面没地方了它就会重新堆积回我们的面前。所以在这个过程中熵还是增加的。 在我们学习过程中，例如要把很多散乱文章进行整理，如果我们用手写进行整理的话。那么我们在这个过程中会用到好多纸张，可能会整理错误重新开始等等。这个过程是将很多无序的东西处理来趋向于有序，也就是说熵减少了。但是在这个过程中我们使用的工具有钢笔、墨水、纸张。在生产这些的过程中会产生废水、废气，产生污染环境的一些物质。这样就会导致更多废物，消耗更多的能量，而这些能量和废物的产生量可能远远大于我们将散乱的文章整理成一个有序的东西，熵在表面看起来是减少了，但是事实上怎样呢？我们整理好之后那些散乱的文章就会成为废物，若不扔掉就会占有更多的地方，会更乱；那些为了整理这个而消耗其他能量所产生的废物占用 文献综述 1.高熵合金发展及研究现状 随着现代经济，科技，军事的发展，人们对于材料的性能提出了更高的要求，传统合金已经不能满足社会的要求，而传统合金的合成理念是以一种或两种元素为主要元素．同时添加适量的其他元素来改善或增加合金性能，从而获得所需具有特殊性能的合金。这种合成方式带来了问题，一，金属的结构变得越来越复杂，使我们难以分析和研究；二，过多添加其他元素，使组织中出现了脆性金属间化合物，使合金性能下降；三，限制了合金成分的自由度，从而限制了材料的特殊微观结构及性能的发展。 高熵合金的概念由台湾学者叶均蔚提出，高熵合金的概念为含有多种主要元素，其中每种主元均具有较高摩尔分数，但不超过35％，因此没有一种元素含量能占有50％以上，这种合金是由多种元素共同表现特色。这个观点摆脱了传统合金以一种金属元素为主的观念。高熵合金的主要元素种类n≥5且以≤13。对于每一种多主元合金系统可设计成简单的等原子摩尔比合金，也可设计为非等原子摩尔比合金，以及添加次要元素来改良合金性能。高熵合金易形成简单结构列如：面心立方、体心立方相。并非形成复杂的金属间化合物。这是由于多种主要元素形成固溶体合金的高混合熵加强了元素间的相溶性，从而避免发生相分离以及金属间化合物或复杂相的形成。当然在某些合金体系中高熵效应并不能完全抑制金属间化合物的生成，但是这些金属间化合物数量少并且化合物一般具有简单的晶体结构，或者这些金属间化合物相包含很多其他元素而使得其有序度大为降低。 高熵合金具有良好的发展前景，Al Fe Cu Co Ni Cr、AI TI Fe NI Cu Cr、AI Co Cr Cu Fe Ni等系列的高熵合金系列都被广大的学者研究。对于高熵合金，现阶段还可以高熵合金的微观组织结构，进行相分析及电化学性能、磁性能的测定，以建立合金元素选择理论、凝固结晶理论以及热处理理论等进行更进一步的研究。目前，制备高熵合金的方法有用传统的熔铸、锻造、粉末冶金、喷涂法及镀膜法来制作块材、涂层或薄膜。除了上述几种传统的制作加工方法外，高熵合金还可通过快速凝固、机械合金化获得，利用这两种方法获得的高熵合金，其组织更倾向于形成纳米晶体，甚至非晶体。 由于高熵合金的优异性能，随着研究的深入，我们可以研发出更多新型的金属材料，为社会发展创造价值，因此这是一个很有价值的研究，无论对于学术研究还是工业发展。 2.高熵合金的组织特点和性能特点 2.1组织特点 1）高熵合金易于形成结构简单的BCC或FCC固溶体。由吉布斯自由能公式△G mix=△H mix-T △S mix，其中G mix为吉布斯自由能，H mix为混合焓，T 为热力学温度，S mix为混合熵。通过公式得知，可看出，合金的自由能是混合焓与混合熵相互影响而得到的产物，混合熵与混合焓是对立的，形成简单结构的BCC或FCC固溶体需要的较低的自由能，由于高熵的原因，这使得合金的自由能变得较低，最终易形成简单固溶体。 2）当高熵合金在铸态或完全回火态时，高熵合金会以纳米结构或者非晶质结 浅谈熵的意义及其应用 摘要：介绍了熵这个概念产生的原因，以及克劳修斯对熵变的定义式；介绍了玻尔兹曼从微观角度对熵的定义及玻尔兹曼研究工作的重要意义；熵在信息、生命和社会等领域的作用；从熵的角度理解人类文明和社会发展与环境的关系。 关键词：克劳修斯熵玻尔兹曼熵信息熵生命熵社会熵 0 前言：熵是热力学中一个非常重要的物理量，其概念最早是由德国物理学家克劳 修斯（R.Clausius）于1854年提出，用以定量阐明热力学第二定律，其表达式为 dS=(δQ/T)rev。但克劳修斯给出的定义既狭隘又抽象。1877年，玻尔兹曼（L.Boltzmann）运用几率方法，论证了熵S与热力学状态的几率W之间的关系，并由普朗克于1900给出微观表达式S=k logW,其中k为玻尔兹曼常数。玻尔兹曼对熵的描述开启了人们对熵赋予新的含义的大门，人们开始应用熵对诸多领域的概念予以定量化描述，促成了广义熵在当今自然及社会科学领域的广泛应用【1】【2】。 1 熵的定义及其意义 由其表达式可知，克劳修克劳修斯所提出的熵变的定义式为dS=(δQ/T)rev ， 斯用过程量来定义状态函数熵，表达式积分得到的也只是初末状态的熵变，并没有熵的直接表达式，这给解释“什么是熵”带来了困难。【1】直到玻尔兹曼从微观角度理解熵的物理意义，才用统计方法得到了熵的微观表达式：S=k logW。这一公式对应微观态等概出现的平衡态体系。若一个系统有W个微观状态数，且出现的概率相等，即每一个微观态出现的概率都是p=1/W，则玻尔兹曼的微观表达式还可写为：S=-k∑plogp。玻尔兹曼工作的杰出之处不仅在于它引入了概率方法，为体系熵的绝对值计算提供了一种可行的方案，而且更在于他通过这种计算揭示了熵概念的一般性的创造意义和价值：上面所描述的并不是体系的一般性质量和能量的存在方式和状态，而是这些质量和能量的组构、匹配、分布的方式和状态。 玻尔兹曼的工作揭示了正是从熵概念的引入起始，科学的视野开始从对一般物的质量、能量的研究转入对一般物的结构和关系的研究，另外，玻尔兹曼的工作还为熵概念和熵理论的广义化发展提供了科学依据。正是玻尔兹曼开拓性的研究，促使熵概念与信息、负熵等概念联姻，广泛渗透，跨越了众多学科，并促 浅谈最大熵原理和统计物理学 摘要 在本文中我们将分别从物理和信息论角度简单讨论熵的意义并介绍由 E.T.Jaynes 所奠立基础的最大熵原理的原始理解。透过研究理想气体，我们将阐述如何运用最大熵 原理研究真实问题。同时藉由简短分析统计物理学研究方法的问题，本文会给出最大熵 原理更深层涵义及其应用。我们将称之为最大熵原理第二延伸。最后透过真实气体的研 究，我们将描绘出如何运用第二延伸来帮助我们思考及研究热力学系统。 一、前言 长时间以来人们对于熵有物理上的理解也有二、最大熵原理 (Information theory) 上的理解。物理上l、什么是最大熵原理信息论 的熵可以说明热力学系统的演化方向、热平衡的达相信物理系学生和物理研究人员都很熟悉成与否亦或是代表系统的混乱程度等[1-3]。在信Clausius的经验准则-热力学第二定律[1,2]。该定息论里，信息熵则代表量测信息系统的可信度或者律说明当一个热力学系统达到最后热平衡状态时，是忽略度[3,4]。然而不管物理或是信息论上对熵该系统的熵会达到最大值。进一步的研究指出当系的理解，实际上仍局限于将熵视为一个量测的工统的熵最大时，其自由能将会成为最小。在此一具。正如我们可藉由系统能量的量测来了解系统状特性的影响下人们惯性的倾向于将熵视为类似能态稳定与否。然而由于E.T.Jaynes的贡献，熵可量的巨观物理量。此一物理量成为描述系统乱度的 依据。此后由于 Gibbs 引入 ensemble 观念，开视为一种研究问题的推理工具，这一层意义才为人 所知[5,6]。时至今日，我们虽然仍无法全盘了解启微观角度的研究方法因而奠立近代统计力学理熵的真正意含，但是我们也渐渐掌握熵在物理学尤解熵的理论基础。在统计力学的观念中，观察者所其是统计物理中所能扮演的角色。通过本文浅显的量测到该系统热力学性质之巨观物理量诸如系统介绍，我们将从过去Jaynes对于熵的认识到今日内能或压力，基本上只能以平圴值来表现。原因在我们的新发现，掀开熵的神秘面纱。于观察者无法明确掌握系统微观状态。此种不确定 性可以藉由机率分布如canonical ensemble来量定义为忽略度 (degree of ignorance) 或者描述化表示。古典系统熵便可由此机率分布来定义出不了选取系统信息的倾向程度，称之为倾向度 (degree Of likelihood) 。通过 Cox 和 Skilling 连续表示， 完全不同的论证[5,7]，信息熵的机率分布型式类 似于热力学熵。所不同者在于热力学熵含有波兹曼， (1) S,,kPlogP,biii常数。这样的相似性直到 Jaynes 在1957 年的研式中代表波兹曼常数而为观察者量测到kPbi究才证明这个相似其实是相等[5]。信息熵和热力系统处在状态时的机率分布。或者是连续表示， i学熵实际上具有相同的含意。Jaynes更进一步指出且证明最大熵原理 (maximum entropy principle) ，，，，S,,kdqPqlogPq ， (2) 并不只是单纯的热力学第二定律。他的研究指出，bNNN, 最大熵原理不具任何物理意义仅是一个推论的工 具。藉由此原理，观察者所拥有的相关系统信息可式中，，代表空间和动量参数且q,r,pN以公正客观的被编入特定机率分布中来描述观察，，表示观察者量 关于焓和熵的概念 熵和焓的概念 (2008-11-22 15:23:21) 转载 标签： 杂谈 解释1、焓是物体的一个热力学能状态函数。在介绍焓之前我们需要了解一下分子热运动、热力学能和热力学第一定律：1827年，英国植物学家布朗把非常细小的花粉放在水面上并用显微镜观察，发现花粉在水面上不停地运动，且运动轨迹极不规则。起初人们以为是外界影响，如振动或液体对流等，后经实验证明这种运动的的原因不在外界，而在液体内部。原来花粉在水面运动是受到各个方向水分子的撞击引起的。于是这种运动叫做布朗运动，布朗运动表明液体分子在不停地做无规则运动。从实验中可以观察到，布朗运动随着温度的升高而愈加剧烈。这表示分子的无规则运动跟温度有关系，温度越高，分子的无规则运动就越激烈。正因为分子的无规则运动与温度有关系，所以通常把分子的这种运动叫做分子的热运动。在热学中，分子、原子、离子做热运动时遵从相同的规律，所以统称为分子。既然组成物体的分子不停地做无规则运动，那么，像一切运动着的物体一样，做热运动的分子也具有动能。个别分子的运动现象（速度大小和方向）是偶然的，但从大量分子整体来看，在一定条件下，他们遵循着一定的统计规律，与热运动有关的宏观量——温度，就是大量分子热运动的统计平均值。分子动能与温度有关，温度越高，分子的平均动能就越大，反之越小。所以从分子动理论的角度看，温度是物体分子热运动的平均动能的标志（即微观含义，宏观：表示物体的冷热程度）。分子间存在相互作用力，即化学上所说的分子间作用力（范德华力）。分子间作用力是分子引力与分子斥力的合力，存在一距离r0使引力等于斥力，在这个位置上分子间作用力为零。分子引力与分子斥力都随分子间距减小而增大，但是斥力的变化幅度相对较大，所以分子间距大于r0时表现为引力，小于r0时表现为斥力。因为分子间存在相互作用力，所以分子间具有由它们相对位置决定的势能，叫做分子势能。分子势能与弹簧弹性势能的变化相似。物体的体积发生变化时，分子间距也发生变化，所以分子势能同物体的体积有关系。物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的热力学能，也叫做内能， 熵概念发展及衍生综述 摘要：1864年Clausius在热力学中引入了熵的概念（称为宏观熵、热力学熵或Clausius熵)，1889年Boltzmann又提出了微观熵的概念——Boltzmann 熵。Boltzmann熵是熵概念泛化的理论基础，在玻尔兹曼熵的影响下，熵概念开始得到泛化，使熵概念以自己崭新的面貌走入各个领域，开辟了一个又一个的研究领域,成为众多学科发展的“关节”和“引线”。 关键词：宏观熵、微观熵、负熵、麦克斯韦妖、信息熵 熵由鲁道夫·克劳修斯（Rudolf Clausius）提出，并应用在热力学中。是热力学中为了研究热现象的性质和规律而引入的一个描述体系的混乱度的状态函数,其数值由系统的状态唯一确定。系统处于不同的状态(P、V、T不同),熵值不同。我们可以通过计算系统在不同平衡态下的熵变情况,来判断系统进行的方向,也即利用熵增加原理判断宏观过程进行的方向。 根据熵在热力学中的定义，它在控制论、概率论、数论、天体物理、生命科学等领域都有重要应用，在不同的学科中也引申出了更为具体的定义，是各领域十分重要的参量。因此，本文有必要对熵概念发展及衍生作一综述。 1宏观熵与微观熵 在热力学中,克劳修斯定义的熵,称之为宏观熵,而在统计物理学中,玻尔兹曼定义的熵,称之为微观熵。 1864年，德国物理学家鲁道夫·克劳修斯（Rudolf Clausius）首次提出熵的概念，用来表示任何一种能量在空间中分布的均匀程度，能量分布得越均匀，熵就越大。一个体系的能量完全均匀分布时，这个系统的熵就达到最大值。在克劳修斯看来，在一个系统中，如 果听任它自然发展，那么，能量差总是倾向于消除的。让一个热物体同一个冷物体相接触，热就会以下面所说的方式流动：热物体将冷却，冷物体将变热，直到两个物体达到相同的温度为止。克劳修斯在研究卡诺热机时，根据卡诺定理得出了对任意循环过程都都适用的一个公式：dS=dQ/dT。式中,T为物质的热力学温度；dQ为熵增过程中加入物质的热量。 对于绝热过程Q＝0，故S≥0，即系统的熵在可逆绝热过程中不变，在不可逆绝热过程中单调增大。这就是熵增加原理。由于孤立系统内部的一切变化与外界无关，必然是绝热过程，所以熵增加原理也可表为：一个孤立系统的熵永远不会减少。它表明随着孤立系统由非平衡态趋于平衡态，其熵单调增大，当系统达到平衡态时，熵达到最大值。熵的变化和最大值表述了孤立系统过程进行的方向和限度，熵增加原理就是热力学第二定律。在热力学中,熵是用来说明热运动过程的不可逆性的物理量,反映了自然界出现的热的变化过程是有方向性的,是不可逆的。 1889年波尔兹曼(Boltzmann)在研究气体分子运动过程中,用统计的方法来研究气体的行为时，对熵首先提出了微观解释,后经普朗克·吉布斯进一步研究,解释更为明确，S=k·lnΩ，k是玻尔兹曼常数,Ω热力学概率是指任意宏观态所包含的微观状态数。他们认为,在由大量粒子(原子、分子)构成的系统中,熵就表示粒子之间无规则的排列程度,或者说表示系统的紊乱程度,越“乱”,熵就越大;系统越有序,熵就越小。 基于中国少数民族语言的语音识别研究 陈楠 （云南民族大学电气信息工程学院，云南昆明 650031） 摘要：语音识别是当今语音研究的热点，它是一门涉及多领域的交叉学科，也是模式识别和人工智能领域的重要分支。针对中国有着55个少数民族这一实际情况，不少语言都处于濒临状态，因此，本文主要介绍了语音识别在少数民族语言应用中的技术和概况。希望利用这一数字化技术达到保护少数民族语言文化遗产的目的。 关键字：语音识别，隐马尔可夫，数字化处理，少数民族语言 Based on China's minority language speech recognition research CHEN Nan (College of Electrical and Information Engineering,Yunnan University of Nationalities,Kunming650031,China) Abstract:Speech recognition is the voice of today's hot, it is an interdisciplinary field involving multiple, pattern recognition and artificial intelligence is an important branch. China has 55 ethnic minority groups for the actual situation, many languages are at the brink of the state, therefore, this paper describes the application of speech recognition in minority languages in the technology and profiles. Hope to use this digital technology to achieve the purpose of protecting the cultural heritage of minority languages. Keywords:speech recognition, Hidden Markov, digital processing, minority languages 1 引言 1.1语音识别技术概述 语音识别技术，也被称为自动语音识别（Automatic Speech Recognition, ASR），其目标是将人类的语音中的词汇内容转换为计算机可读的输入，例如按键、二进制编码或者字符序列。与说话人识别及说话人确认不同，后者尝试识别或确认发出语音的说话人而非其中所包含的词汇内容[1]。 语音识别技术是以语音信号处理为研究对象，让机器接收并识别、理解语音信号，并将其转换为相应数字信号的技术。让机器听懂人类的语言，这是人们长期以来梦寐以求的事情，而语音识别是一门非常复杂的交叉性学科，它涉及语音语言学、计算机科学、信号处理学、生理学、心理学等一系列学科，是模式识别的重要分支。50年代，是语音识别研究工作的开始时期，它以贝尔实验室研制成功可识别十个数字的Audry系统为标志。20世纪80年代语言识别研究进一步走向深入，基于特定人孤立语音技术的系统研制成功。在过去的30年里，隐马尔可夫模型和人工神经元网络在语音识别中得到了成功的应用。 语音识别技术所涉及的领域包括：信号处理、模式识别、概率论和信息论、发声机理和听觉机理、人工智能等等。并通过算法和计算机技术相结合的方式来实现。目前，这样的系 熵增加原理 热力学第一定律是能量的定律，热力学第二定律是熵的法则．相对于“能量”，“熵”的概念比较抽象．但随着科学的发展，“熵”的意义愈来愈重要．本文从简述热力学第二定律的建立过程着手，从各个侧面讨论“熵”的物理本质、科学内涵，以加深对它的理解． “熵”是德国物理学家克劳修斯在1865年创造的一个物理学名词，其德语为entropie,简单地说，熵表示了热量与温度的比值，具有商的意义．1923年5月25日，普朗克在南京的东南大学作“热力学第二定律及熵之观念”的学术报告时，为其作现场翻译的我国著名物理学家胡刚复根据entropie的物理意义，创造了“熵”这个字，在“商”旁加火字表示这个热学量． 一、热力学第二定律 １．热力学第二定律的表述 19世纪中叶，克劳修斯（Ｒ．Ｅ．Ｃｌａｕｓｉｕｓ，德，1822—1888）和开尔文（ＫｅｌｖｉｎＬｏｒｄ即Ｗ．Ｔｈｏｍｓｏｎ，英1824—1907）分别在证明卡诺定理时，指出还需要一个新的原理，从而发现了热力学第二定律． 克劳修斯1850年的表述为，不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化．1865年，克劳修斯得出了热力学第二定律的普遍形式：在孤立系统中，实际发生的过程总是使整个系统的熵值增加，所以热力学第二定律又称“熵增加原理”．其数学表示为 ＳB－ＳA＝ ， 或 ｄＳ≥ｄＱ／Ｔ（无穷小过程）． 式中等号适用于可逆过程． 开尔文1951年的表述为，不可能从单一热源吸热使之完全变成有用的功而不引起其他变化，开氏表述也可以称为，第二类永动机是不可能造成的．所谓第二类永动机是指能从单一热源吸热，使之完全变成有用的功而不产生其他影响的机器，该机不违反热力学第一定律，它能从大气或海洋这类单一热源吸取热量而做功． ２．热力学第二定律的基本含义 热力学第二定律的克氏表述和开氏表述具有等效性，设想系统经历一个卡诺循环，可以证明，若克氏表述不成立，则开氏表述也不成立；反之，亦能设想系统完成一个逆卡诺循环，如果开氏表述不成立，则克氏表述也不成立． 克氏表述和开氏表述直接指出，第一，摩擦生热和热传导的逆过程不可能自动发生，也就是说摩擦生热和热传导过程具有方向性；第二，这两个过程一经发生，就在自然界留下它的后果，无论用怎样曲折复杂的方法，都不可能将它留下的后果完全消除，使一切恢复原状．只有无摩擦的准静态过程被认为是可逆过程． 焓是物体的一个热力学能状态函数。<br/>在介绍焓之前我们需要了解一下分子热运动、热力学能和热力学第一定律：<br/>1827年，英国植物学家布朗把非常细小的花粉放在水面上并用显微镜观察，发现花粉在水面上不停地运动，且运动轨迹极不规则。起初人们以为是外界影响，如振动或液体对流等，后经实验证明这种运动的的原因不在外界，而在液体内部。原来花粉在水面运动是受到各个方向水分子的撞击引起的。于是这种运动叫做布朗运动，布朗运动表明液体分子在不停地做无规则运动。从实验中可以观察到，布朗运动随着温度的升高而愈加剧烈。这表示分子的无规则运动跟温度有关系，温度越高，分子的无规则运动就越激烈。正因为分子的无规则运动与温度有关系，所以通常把分子的这种运动叫做分子的热运动。<br/>在热学中，分子、原子、离子做热运动时遵从相同的规律，所以统称为分子。<br/>既然组成物体的分子不停地做无规则运动，那么，像一切运动着的物体一样，做热运动的分子也具有动能。个别分子的运动现象（速度大小和方向）是偶然的，但从大量分子整体来看，在一定条件下，他们遵循着一定的统计规律，与热运动有关的宏观量——温度，就是大量分子热运动的统计平均值。分子动能与温度有关，温度越高，分子的平均动能就越大，反之越小。所以从分子动理论的角度看，温度是物体分子热运动的平均动能的标志（即微观含义，宏观：表示物体的冷热程度）。<br/>分子间存在相互作用力，即化学上所说的分子间作用力（范德华力）。分子间作用力是分子引力与分子斥力的合力，存在一距离r0使引力等于斥力，在这个位置上分子间作用力为零。分子引力与分子斥力都随分子间距减小而增大，但是斥力的变化幅度相对较大，所以分子间距大于r0时表现为引力，小于r0时表现为斥力。因为分子间存在相互作用力，所以分子间具有由它们相对位置决定的势能，叫做分子势能。分子势能与弹簧弹性势能的变化相似。物体的体积发生变化时，分子间距也发生变化，所以分子势能同物体的体积有关系。<br/>物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的热力学能，也叫做内能，焓是流动式质的热力学能和流动功之和，也可认为是做功能力。<br/>2、熵是热力系内微观粒子无序度的一个量度，熵的变化可以判断热力过程是否为可逆过程。（可逆过程熵不）热力学能与动能、势能一样，是物体的一个状态量。<br/>能可以转化为功，能量守恒定律宣称，宇宙中的能量必须永远保持相同的值。那么，能够把能量无止境地转化为功吗？既然能量不灭，那么它是否可以一次又一次地转变为功？<br/>1824年，法国物理学家卡诺证明：为了作功，在一个系统中热能必须非均匀地分布，系统中某一部分热能的密集程度必须大于平均值，另一部分则小于平均值，所能荼得的功的数量妈决于这种密集程度之差。在作功的同时，这种差异也在减小。当能量均匀分布时，就不能再作功了，尽管此时所有的能量依然还存在着。<br/>德国物理学家克劳修斯重新审查了卡诺的工作，根据热传导总是从高温到低温而不能反过来这一事实，在1850年的论文中提出：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。这就是热力学第二定律，能量守恒则是热力学第一定律。<br/>1854年，克劳修斯找出了热与温度之间的某一种确定产关系，他证明当能量密集程度的差异减小时，这种关系在数值上总在增加，由于某种原因，他在1856年的论文中将这一关系式称作“熵”（entropy),entropy一诩源于希腊语，本意是“弄清”或“查明”，但是这与克劳修斯所谈话的内容似乎没有什么联系。热力学第二定律宣布宇宙的熵永远在增加着。<br/>然而，随着类星体以及宇宙中其他神秘能源的发现，天文学家们现在已经在怀疑：热力学第二定律是否果真在任何地方任何条件下都成立<br/>熵与温度、压力、焓等一样，也是反映物质内部状态的一个物理量。它不能直接用仪表测量，只能推算出来，所以比较抽象。在作理论分析时，有时用熵的概念比较方便。<br/> 在自然界发生的许多过程中，有的过程朝一个方向可以自发地进行，而反之则不行。例如，如图4a所示，一个容器的两边装有温度、压力相同的两种气体，在将中间的隔板抽开后，两种气体会自发地均匀混合，但是， 英语信源，汉语信源的信源熵的研究 吴斌伟2902102020 【摘要】信息是个很抽象的概念。人们常常说信息很多，或者信息较少，但却很难说清楚信息到底有多少。比如一本五十万字的中文书到底有多少信息量。直到1948年，香农提出了“信息熵”的概念，才解决了对信息的量化度量问题。因此，信源的信息熵是衡量一个信源所含信息多少的度量。 信息的基本作用就是消除人们对事物了解的不确定性。一个信源所发出的编码的不确定性越大，那么这个信源所含的信息量越大。若一个信源发出某个码字的概率为一，那么该信源可传达的信息量为零。美国信息论创始人香农发现任何信息都存在冗余，冗余大小与信息中每个符号（数字、字母或单词）的出现概率或者说不确定性有关。香农借鉴了热力学的概念，把信息中排除了冗余后的平均信息量称为“信息熵”。 信源熵是信息论中用来衡量信源信息量有序化程度的一个概念，定义为信源各个离散消息的自信息量的数学期望（即概率加权的统计平均值）。根据定义，信源熵值与信源有序化程度成反比；有序度越高，信源熵值越低，反之亦成立。 不同的语言，如汉语，英语，德语，法语等，所含的信息熵各不相同。具体数据如下：按字母计算： 英文的平均信息熵是4.03 比特， 法文的平均信息熵是3.98， 西班牙文的平均信息熵是4.01， 德文的平均信息熵是4.10， 俄文的平均信息熵是4.8， 中文的平均信息熵是9.65比特 由上述数据可知，法语的信息熵最小，而中文的信息熵最大。因此有人说汉语这种语言不如其他语言，汉语是落后的。 显然这样的答案是否定的。平均信息熵并不是语言文字效率的基本公式，而是在通讯中编码的码长的效率！提出这公式，申农是用以研究信息编码的。说得通俗一点，就是要（在可能有噪音的情况下）把已方（信息源）的信息进行标准化编码（比如，0－1化），然后传送出去，对方接收，解码，恢复成原来的信息。研究的重点，是多长的一组码为合理——如果太短，无法正确还原，如果太长，就有冗余。从上面的数据可以推断，要正确表示英文字符至少需要4.03比特，也就是需要5位二进制字符。现实中共有26个英文字符，满打满算也需要5位，这与前文的推断相符。但是通过文本查找可以发现，在26个字符中，有些字符使用频率高，有些字符使用频率低，因此可以通过适当的编码，将所需要的二进制字符（编码长度）压缩至4个多一点的长度。而中文从上面的数据可以看出，至少需要10个比特，而在现实中，一个中文字符是使用2个字节来表示的。 但是，这样能否看成中文不如英文？例如：英文中的“I”是使用一个字节来表示，但是中文中的“我”则需要两个字节表示。 从这个方面看，平均信息熵越小，使用的比特数越少，这文字越好。但是事实并非如此。假设，当年中国的老祖宗创造中文时，仅发明两个文字“是”“不是”，那么中文的信息熵为1比特。是所有文字中最小的。但是这样好吗？ 造成这样荒谬的结论的原因是并不是每个英文字母组成的词汇都是有用的。如”aa ,ab ,ac,…”所以，如果有人用汉字对比英文（在同样意义的词汇）的byte数，十有八九汉字要“节约”得多！ 浅谈可靠度理论 浅谈可靠度理论 工程结构的安全性历来是工程设计中的重大问题，这是因为结构工程的建造耗资巨大，一旦失效不仅会造成结构本身和人民生命财产的巨大损失，还往往产生难以估量的次生灾害和附加损失。 结构可靠度理论的形成始于人们对结构工程中各种不确定性的认识，人们开始较为集中的讨论结构安全度问题，将概率分析和概率设计的思想引入实际工程。如果一种理论分析的结果能指导工程实践，或者说能为工程带来巨大的经济或社会效应，那么这种理论就具有强大的生命力。可靠性科学作为一门与应用紧密相连的基础学科，其生存的立足点就在于推广其应用于工程实际。 1.结构可靠度概述 1.1结构可靠度相关概念 结构所要满足的功能要求是指结构在规定的设计使用年限内应满足下列功能要求： 1、在正常施工和正常使用时，能承受可能出现的各种作用 2、在正常使用时具有良好的工作性能 3、在正常维护下具有足够的耐久性 4、在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必要的整体稳定性 在以上四项功能要求中，第1、4两项通常指结构的强度、稳定，即所谓的安全性；第2项是指结构的适用性；第3项是指结构的耐久性，三者总称为结构的可靠性，即结构可靠性，是指结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。 在工程上，一般所说的可靠度，指的就是结构可信赖或可信任的程度。工程结构中的可靠度可表示为能承受在正常施工和正常使用时，可能出现的各种作用；在正常使用时，具有良好的作用性能；在正常维修和保护下，具有足够的耐久性能：在偶然事件（如地震，爆炸，撞击等）发生实际发生后，仍能保持所需的整体稳定性。度量结构可靠性的数量指标称为结构可靠度即为：结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的概率。 结构的设计、施工和使用过程中存在大量的随机不确定性因素；荷载及结构 第6讲 联合熵与条件熵 信息熵H(X)反映了随机变量X 的取值不确定性。当X 是常量时，其信息 熵最小，等于0；当X 有n 个取值时，当且仅当这些取值的机会均等时，信息 熵H(X)最大，等于log n 比特。我们拓展信息熵H(X)的概念，考虑两个随机 变量X 和Y 的联合熵H(XY)和条件熵H(Y|X)。 1. 联合熵 设X ，Y 是两个随机变量， 则(X,Y)是二维随机变量，简写为XY 。 二维随机变量XY 的联合概率分布记为p (xy )，即 根据信息熵的定义可知，XY 的信息熵为 定义 1.1 二维随机变量XY 的信息熵H(XY)称为X 与Y 的联合熵（joint entropy ）。 它反映了二维随机变量XY 的取值不确定性。我们把它理解为X 和Y 取值的 总的不确定性。 练习： 假设有甲乙两只箱子，每个箱子里都存放着100个球。甲里面有红蓝色球 各50个，乙里面红、蓝色的球分别为99个和1个。试计算H(XY) 我们将联合熵概念推广到任意多离散型随机变量上。 定义1.2 一组随机变量12,,,N X X X L 的联合熵定义为 注：为了简化记号，我们有时把12N X X X L 记为X N ，把12N x x x L 记为x N 。 物理意义： （1）12()N X H X X L 是这一组随机变量平均每一批取值 所传递的信息量。 （2）若N-维随机变量12N X X X L 表示某信源产生的任意一条长度为N 的消息， 则12()N X H X X L 是平均每条长度为N 的消息的信息量。因此，若该信源产生一 个长度为N 的消息，则在不知道其它条件的情况下，对该消息所含信息量的最 热力学第二定律和熵 专业：能源与动力工程 班级：能源14-3班 姓名:王鑫 学号：1462162330 熵的表述 在经典热力学中，可用增量定义为 式中T为物质的热力学温度；dQ为熵增过程中加入物质的热量，下标“可逆”表示加热过程所引起的变化过程是可逆的。若过程是不可逆的，则dS>（dQ/T）不可逆。单位质量物质的熵称为比熵，记为S。熵最初是根据热力学第二定律引出的一个反映自发过程不可逆性的物质状态参量。热力学第二定律是根据大量观察结果总结出来的规律，有下述表述方式：①热量总是从高温物体传到低温物体，不可能作相反的传递而不引起其他的变化；②功可以全部转化为热，但任何热机不能全部地，连续不断地把所接受的热量转变为功（即无法制造第二类永动机）；③在孤立系统中，实际发生过程，总使整个系统的熵值增大，此即熵增原理。摩擦使一部分机械能不可逆地转变为热，使熵增加。热量dQ由高温（T1）物体传至低温(T2)物体，高温物体的熵减少dS1=dQ/T1，低温物体的熵增加dS2=dQ/T2，把两个物体合起来当成一个系统来看，熵的变化是dS=dS2－dS1>0，即熵是增加的。 熵的相关定义 1.比熵：在工程热力学中，单位质量工质的熵，称为比熵。表达式为δq=Tds，s称为比熵，单位为J/ (kg·K) 或kJ/ (kg·K)。 2．熵流：系统与外界发生热交换，由热量流进流出引起的熵变。熵流可正可负，视热流方向而定。 3．熵产：纯粹由不可逆因素引起的熵的增加。熵产永远为正，其大小由过程不可逆性的大小决定，熵产为零时该过程为可逆过程。熵产是不可逆程度的度量。 熵增原理 孤立系统的熵永不自动减少，熵在可逆过程中不变，在不可逆过程中增加。 熵增加原理是热力学第二定律的又一种表述，它比开尔文、克劳修斯表述更为概括地指出了不可逆过程的进行方向；同时，更深刻地指出了热力学第二定律是大量分子无规则运动所具有的统计规律，因此只适用于大量分子构成的系统，不适用于单个分子或少量分子构成的系统 实质:熵增原理指出:凡事是孤立系统总熵减小的过程都是不可能发生的，理想可逆的情况也只能实现总熵不变，实际过程都不可逆，所以实际热力过程总是朝着使孤立系统总熵增大的方向进行，dS＞0。熵增原理阐明了过程进行的方向。 熵增原理给出了系统达到平衡状态的判据。孤立系统内部存在不平衡势差是过程自发进行的推动力。随着过程进行，孤立系统内部由不平衡向平衡发展，总熵增大，当孤立系统总熵达到最大值时，过程停止进行，系统达到相应的平衡状态，这时的dS=0即为平衡判据。因而，熵增原理指出了热过程进行的限度。 熵增原理还指出如果某一过程的进行，会导致孤立系中各物体的熵同时减小，虽然或者各有增减但其中总和使系统的熵减小，则这种过程，不能单独进行除非有熵增大的过程，作为补 一：数据处理定理： （1）：I(X;Z)<=I(X;Y)表明从Z所得到的关于X的信息量小于等于从Y得到的关于X的信息量。如果把Y-->Z看作数据处理系统，那么通过数据处理后，虽然可以满足我们的某种要求，但是从信息量来看，处理后会损失一部分信息，最多保持原有的信息，也就是说，对接收到的数据Y进行处理后，绝不会减少关于X的不确定性。这个定理称为数据处理定理。二：即时码，唯一可译码（充要条件） （1）：一个唯一可译码成为即时码的充要条件是时钟任何一个码字都不是其他码字的前缀。这个很好理解，因为如果没有一个码字是其他码字的前缀，则在接受到一个相当于一个完整码字的符号序列后便可以立即译码，而无须考虑其后的码符号。反过来说，如果有一个码字是其他码字的前缀，假设Wj是Wj的前缀，则在接收到相当于Wj的码符号序列后还不能立即判使之定它是一个完整的码字，若想正确译码，还必须参考后续后续的码符号，这与即时码的定义相矛盾，所以即时码的必要条件是其中任何一个码字都不是其他的码字的前缀。三：香农定理： （1）第一定理：要做到无失真信源编码，每个信源符号平均所需最少得的r元码符号数就是信源的熵值（以r进制单位为信息量单位） （2）第二定理：设有一个离散无记忆平稳信道，其信道容量为C。当信息传输率R 实验报告 实验名称关于信源熵的实验课程名称信息论与编码 姓名xxx 成绩90 班级电子信息 1102学号0909112204 日期2013.11.22地点综合实验楼 实验一关于信源熵的实验 一、实验目的 1. 掌握离散信源熵的原理和计算方法。 2. 熟悉matlab 软件的基本操作，练习使用matlab 求解信源的信息熵。 3. 自学图像熵的相关概念，并应用所学知识，使用matlab 或其他开发工具 求解图像熵。 4. 掌握Excel的绘图功能，使用Excel绘制散点图、直方图。 二、实验原理 1. 离散信源相关的基本概念、原理和计算公式 产生离散信息的信源称为离散信源。离散信源只能产生有限种符号。随机事件的自信息量I（xi）为其对应的随机变量xi 出现概率对数的负值。 即： I （xi ）= -log2p ( xi) 随机事件X 的平均不确定度（信源熵）H（X）为离散随机变量 xi 出现概 率的数学期望，即： 2.二元信源的信息熵 设信源符号集X={0，1} ，每个符号发生的概率分别为p(0)= p，p(1)= q， p+ q =1，即信源的概率空间为： 则该二元信源的信源熵为： H( X) = - plogp–qlogq = - plogp –(1 - p)log(1- p) 即：H (p) = - plogp –(1 - p)log(1- p) 其中 0 ≤ p ≤1 3. MATLAB二维绘图 用matlab 中的命令plot( x , y) 就可以自动绘制出二维图来。 例1-2，在matlab 上绘制余弦曲线图，y = cos x ，其中 0 ≤ x ≤2 >>x =0:0.1:2*pi； %生成横坐标向量，使其为 0，0.1，0.2，…， 6.2 >>y =cos(x )； %计算余弦向量 >>plot(x ,y ) %绘制图形 4. MATLAB求解离散信源熵 求解信息熵过程： 1) 输入一个离散信源，并检查该信源是否是完备集。 熵增加原理：在孤立系统中，一切不可逆过程必然朝着熵的不断增加的方向进行，这就是熵增加原理（principleof entropy increase）。 熵增加原理是热力学第二定律的又一种表述，它比开尔文、克劳修斯表述更为概括地指出了不可逆过程的进行方向；同时，更深刻地指出了热力学第二定律是大量分子无规则运动所具有的统计规律，因此只适用于大量分子构成的系统，不适用于单个分子或少量分子构成的系统。 编辑本段正文 利用绝热过程中的熵是不变还是增加来判断过程是可逆还是不可逆的基本原理。利用克劳修斯等式与不等式及熵的定义可知，在任一微小变化过程中恒有，其中不等号适于不可逆过程，等号适于可逆过程。对于绝热系统，则上式又可表为dS≥0。这表示绝热系统的熵绝不减少。可逆绝热过程熵不变，不可逆绝热过程熵增加，这称为熵增加原理。利用熵增加原理可对热力学第二定律理解得更深刻： ⑴不可逆过程中的时间之矢。根据熵增加原理可知：不可逆绝热过程总是向熵增加的方向变化，可逆绝热过程总是沿等熵线变化。一个热孤立系中的熵永不减少，在孤立系内部自发进行的涉及与热相联系的过程必然向熵增加的方向变化。另外，对于一个绝热的不可逆过程，其按相反次序重复的过程不可能发生，因为这种情况下的熵将变小。“不能按相反次序重复”这一点正说明了：不可逆过程相对于时间坐标轴肯定不对称。但是经典力学相对于时间的两个方向是完全对称的。若以-t代替t，力学方程式不变。也就是说，如果这些方程式允许某一种运动，则也同样允许正好完全相反的运动。这说明力学过程是可逆的。所以“可逆不可逆”的问题实际上就是相对于时间坐标轴的对称不对称的问题。 ⑵能量退降。由于任何不可逆过程发生必伴随“可用能”的浪费（见“可用能”）。对于绝热不可逆过程，熵的增加ΔS必伴随有W贬的能量被贬值，或称能量退降了W贬。（说明：对于非绝热系统，则系统与媒质合在一起仍是绝热的，因而能量退降概念同样适用。）可以证明，对于与温度为T0的热源接触的系统，W贬=T0ΔS。由此可见，熵可以作为能量不可用程度的度量。换言之，一切实际过程中能量的总值虽然不变，但其可资利用的程度总随不可逆导致的熵的增加而降低，使能量“退化”。被“退化”了的能量的多少与不可逆过程引起的熵的增加成正比。这就是熵的宏观意义，也是认识第二定律的意义所在。我们在科学和生产实践中应尽量避免不可逆过程的发生，以减少“可用能”被浪费，提高效率。 ⑶最大功原理、最小功。既然只有可逆过程才能使能量丝毫未退化，效率最高，所以在高低温热源温度及所吸热量给定情况下，只有可逆热机对外作的功最大，这称为最大功原理。与此类似，在相同高低温热源及吸放热量相等的情况下，外界对可逆制冷机作的功最小，这样的功称为“最生活中的熵原理
浅谈高熵合金
熵的应用和意义
浅谈最大熵原理和统计物理学
关于焓和熵的概念
熵概念发展及衍生综述
基于中国少数民族语言的语音识别研究
熵增加原理
焓熵的相关概念
英语,汉语信源信源熵研究
浅谈可靠度理论
联合熵与条件熵
熵的定义
信息论简答题总结
关于信源熵的实验报告讲解
熵增加原理