《信息论》期末考试试题(A 卷) 标准答案
信息论试卷含答案资料讲解
《信息论基础》参考答案一、填空题（共15分，每空1分）1、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。
2、信源的剩余度主要来自两个方面，一是信源符号间的相关性，二是信源符号的统计不均匀性。
3、三进制信源的最小熵为0，最大熵为32log bit/符号。
4、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 r (S)）。
5、当R=C 或（信道剩余度为0）时，信源与信道达到匹配。
6、根据信道特性是否随时间变化，信道可以分为恒参信道和随参信道。
7、根据是否允许失真，信源编码可分为无失真信源编码和限失真信源编码。
8、若连续信源输出信号的平均功率为2σ，则输出信号幅度的概率密度是高斯分布或正态分布或()222x f x σ-=时，信源具有最大熵，其值为值21log 22e πσ。
9、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)=H(Y)+H(X)。
（2）()()1222H X X H X =≥()()12333H X X X H X = （3）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,I(X;Y)<H(X)。
二、（6分）若连续信源输出的幅度被限定在【2,6】区域内，当输出信号的概率密度是均匀分布时，计算该信源的相对熵，并说明该信源的绝对熵为多少。
()1,2640,x f x ⎧≤≤⎪=⎨⎪⎩Q 其它()()()62log f x f x dx ∴=-⎰相对熵h x=2bit/自由度该信源的绝对熵为无穷大。
三、（16分）已知信源1234560.20.20.20.20.10.1S s s s s s s P ⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦（1）用霍夫曼编码法编成二进制变长码；（6分） （2）计算平均码长L ;（4分）（3）计算编码信息率R ';（2分）（4）计算编码后信息传输率R ;（2分） （5）计算编码效率η。
《信息论》期末考试试题(A卷)标准答案
（1） 每幅画面所含信息量： H log 2 10 信息传输速率：
9.97 105 bit
(2 分)
R 30 H 30 log 2 10300000 29.90 Mbps
（2） AWGN 信道容量：
(1 分)
C W log 2 (1 SNR) 6 106 log 2 (1 1000) 59.80 Mbps
(2+1 分) (3 分)
（3）求为实现电视信号可靠传输信道所需的最小带宽和对应的信号平均功率； (3+2 分) （4）求信息传输速率达到容量时的频谱利用率和对应的 Eb / N 0 (dB ) 。 解 信噪比换算： SNR 10
SNR[ dB ]/10
(3+2 分)
1030/10 1000
的符号熵为 (2/5)H(1/2,1/4,1/4)+ (3/5)H(1/3)=1.151 比特/符号。 4．设试验信道输入与输出符号集均为 {1, 2,3, 4} ，输入概率分别为 1/2，1/4，1/8，1/8，失 真测度为 d(i, j)= (i - j)2 ,1 i, j 4 ； 则 Dmin 0 ， Dmax 9/8=1.125 。
3 次扩展信源符号 000 001 010 100 011 101 110 111 平均码长 概 率 0.729 0.081 0.081 0.081 0.009 0.009 0.009 0.001 编 0 100 101 110 11100 11101 11110 11111 0.5327 码
(5 分)
个二元一一对应信道传输，且每秒只传送两个符号； (1) 若要求信息无失真传输，信源能否不进行编码而直接与信道相接？ (3 分) (2) 能否采用适当的编码方式然后通过信道进行无失真传输？为什么？ (2+3 分) (3) 确定一种编码方式并进行编码，使得传输满足不失真要求；同时请说明信源采用这 种编码后， 编码器输出与信道输入之间应设置何种装置？ (10+2 分) 解
《信息论》期末考试试题(A 卷) 标准答案
(2) 通过错误概率为 p, 0 ≤ p ≤ 1/ 2 的二元删除信道，求最佳译码准则的判决
函数和平均译码错误率；
(2+2=4 分)
(3) 通过(1)与(2)的串联信道，求最佳译码准则的判决函数和平均译码错误
率，并与(1)和(2)的平均译码错误率进行比较，得到怎样的结论？
(2+2+3=7 分)
(4) 根据(3)的结果，求信源经过串联信道后信息量损失的上界？ (3 分)
①确定
σ12
，
σ
2 2
和
P
的关系；
②写出信道容量表达式；
(3+3+3=9 分)
③写出达到容量时信道的输入概率密度 p(x1, x2 ) ； 解：
(1) E[x12 ] = 0 ，则
(3+3=6 分)
①
σ
2 1
≥
σ
2 2
+
P
，
②
C
=
1 2
log(1 +
P σ 22
)
，
(2) E[x22 ] > 0 ，则
从零均值的高斯分布，且相互独立，方差分别为 σ12
和σ22
，且 σ12
>
σ
2 2
，信道输
入均值为零, E x12 + x22 ≤ P ；
(1) 当达到信道容量时， E[x12 ] = 0 ；
(3+3=6 分)
①确定σ12 ，σ 22 和 P 的关系；
②写出信道容量表达式；
(2) 当达到信道容量时， E[x22 ] > 0 ；
(2 分)
(3) 写出香农第三定理中存在平均失真不大于 D 的信源编码充要条件；
信息理论与编码-期末试卷A及答案
题号 一 二 三 四 总分 统分人 题分 35 10 23 32 100得分 一、填空题（每空1分，共35分） 得分| |阅卷人|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1234 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⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡0100010000001100，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 。
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1234 0.50.250.1250.125X x x x x P ⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦和12340.5122X 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⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡010001000001100，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 。
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 。
《信息论》期末考试试题( 卷)标准答案
。
4) R(D)是满足 D 准则下平均传送每信源符号的所需的最少比特数，它是定义域 上的严格递减函数。
5) AWGN 信道下实现可靠通信的信噪比下界为－1.59dB，此时对应的频谱利用率 为 0。
6）若某离散无记忆信源有 N 个符号，并且每个符号等概出现，对这个信源进行 二元 Huffman 编码，当 N = 2i （i 是正整数）时，每个码字的长度是 i ，平 均码长是 i 。
2 1) 求此马氏源的平稳分布；（4 分） 2) 求此马氏源的熵；（3 分） 3）求平稳马氏源的二次扩展源的所有符号概率；（3 分） 4）对此二次扩展源进行二元 Huffman 编码并求编码后平均码长和编码效率。 (3+2 分)
解：
1) 此马氏源的平稳分布： (π1
π2
π3
) =(1 3
1 3
1 3
)
3 × 1 × (− 1 log 1 − 1 log 1 − 1 log 1) = 1.5比特/信源符号 2) 此马氏源的熵： 3 2 2 4 4 4 4
3）平稳马氏源的二次扩展源的所有符号及概率为： p(x1x2 ) = p(x1 ) p(x2 x1)
1 00: 6
1 11: 6
1 22: 6
编码效率为： l 19
2．（共 10 分）有两枚硬币，第一枚是正常的硬币，它的一面是国徽，另一面是 面值；第二枚是不正常的硬币，它的两面都是面值。现随机地抽取一枚硬币，进 行 2 次抛掷试验，观察硬币朝上的一面，其结果为：面值、面值。
1）求该试验结果与事件“取出的是第一枚硬币”之间的互信息；（4 分）
1) 求该信道的信道容量；（2 分）
2) 当传输速率达到容量时，确定 M 与 n 的关系。（2 分）
(整理)信息论期末考试试题1.doc
安徽大学2011—2012学年第1学期 《信息论》考试试卷（AB 合卷）院/系 年级 专业 姓名 学号一、填空题1、接收端收到y 后，获得关于发送的符号是x 的信息量是 。
2、香农信息的定义 。
3、在已知事件z Z ∈的条件下，接收到y 后获得关于事件x 的条件互信息(;|)I x y z 的表达式为 。
4、通信系统模型主要分成五个部分分别为： 。
5、研究信息传输系统的目的就是要找到信息传输过程的共同规律，以提高信息传输的可靠性、有效性、 和 ，使信息传输系统达到最优化。
6、某信源S 共有32个信源符号，其实际熵H ∞=1.4比特/符号，则该信源剩余度为 。
7、信道固定的情况下，平均互信息(;)I X Y 是输入信源概率分布()Px 的 型凸函数。
信源固定的情况下，平均互信息(;)I X Y 是信道传递概率(|)P y x 的 型凸函数。
8、当信源与信道连接时，若信息传输率达到了信道容量，则称此信源与信道达到匹配。
信道剩余度定义为 。
9、已知信源X 的熵H (X )=0.92比特/符号,则该信源的五次无记忆扩展信源X 5的信息熵5()H X = 。
10、将∞H ，6H ，0H ，4H ，1H 从大到小排列为 。
11、根据香农第一定理，对于离散无记忆信源S ，用含r 个字母的码符号集对N 长信源符号序列进行变长编码，总能找到一种无失真的唯一可译码，使每个信源符号所需平均码长满足： 。
12、多项式剩余类环[]())q F x f x 是域的充要条件为 。
13、多项式剩余类环[](1)n q F x x -的任一理想的生成元()g x 与1n x -关系为 。
14、有限域122F 的全部子域为 。
15、国际标准书号（ISBN ）由十位数字12345678910a a a a a a a a a a 组成（诸i a ∈11F ，满足：1010(mod11)ii ia=≡∑），其中前九位均为0-9，末位0-10，当末位为10时用X 表示。
信息论期末考试试题
大学2011—2012学年第1学期 《信息论》考试试卷（AB 合卷）院/系 年级 专业 学号一、填空题1、接收端收到y 后，获得关于发送的符号是x 的信息量是 。
2、香农信息的定义 。
3、在已知事件z Z ∈的条件下，接收到y 后获得关于事件x 的条件互信息(;|)I x y z 的表达式为 。
4、通信系统模型主要分成五个部分分别为： 。
5、研究信息传输系统的目的就是要找到信息传输过程的共同规律，以提高信息传输的可靠性、有效性、 和 ，使信息传输系统达到最优化。
6、某信源S 共有32个信源符号，其实际熵H ∞=1.4比特/符号，则该信源剩余度为 。
7、信道固定的情况下，平均互信息(;)I X Y 是输入信源概率分布()Px 的 型凸函数。
信源固定的情况下，平均互信息(;)I X Y 是信道传递概率(|)P y x 的 型凸函数。
8、当信源与信道连接时，若信息传输率达到了信道容量，则称此信源与信道达到匹配。
信道剩余度定义为 。
9、已知信源X 的熵H (X )=0.92比特/符号,则该信源的五次无记忆扩展信源X 5的信息熵5()H X = 。
10、将∞H ，6H ，0H ，4H ，1H 从大到小排列为 。
11、根据香农第一定理，对于离散无记忆信源S ，用含r 个字母的码符号集对N 长信源符号序列进行变长编码，总能找到一种无失真的唯一可译码，使每个信源符号所需平均码长满足： 。
12、多项式剩余类环[](())q F x f x 是域的充要条件为 。
13、多项式剩余类环[](1)n q F x x -的任一理想的生成元()g x 与1n x -关系为 。
14、有限域122F 的全部子域为 。
15、国际标准书号（ISBN ）由十位数字12345678910a a a a a a a a a a 组成（诸i a ∈11F ，满足：1010(mod11)ii ia=≡∑），其中前九位均为0-9，末位0-10，当末位为10时用X 表示。
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①确定
σ12
，
σ
2 2
和
P
的关系；
②写出信道容量表达式；
(3+3+3=9 分)
③写出达到容量时信道的输入概率密度 p(x1, x2 ) ； 解：
(1) E[x12 ] = 0 ，则
(3+3=6 分)
①
σ
2 1
≥
σ
2 2
+
P
，
②
C
=
1 2
log(1 +
P σ 22
)
，
(2) E[x22 ] > 0 ，则
从零均值的高斯分布，且相互独立，方差分别为 σ12
和σ22
，且 σ12
>
σ
2 2
，信道输
入均值为零, E x12 + x22 ≤ P ；
(1) 当达到信道容量时， E[x12 ] = 0 ；
(3+3=6 分)
①确定σ12 ，σ 22 和 P 的关系；
②写出信道容量表达式；
(2) 当达到信道容量时， E[x22 ] > 0 ；
平均译码错误率： pE1 = ω / 2 + ω / 2 = ω 。 (2) 信道的概率转移矩阵为：
0 21
P2
=
01− 1 0
p
p 0 p 1− p
(2+2=4 分)
判决函数：
G( y = 0) = 0,G( y = 1) = 1,G( y = 2) = 0 或
G( y = 0) = 0,G( y = 1) = 1, G( y = 2) = 1， 平均译码错误率： pE2 = p / 2 。 (3) 串联信道的概率转移矩阵为：
容量时的最佳输入概率分布是等概率分布，即 p(x) = 1/11, x = 0,1,L,10 。
(3+3=6 分)
五、计算题(18 分)
二元等概信源的符号集为 {0,1} ，
(1) 通过错误概率为ω, 0 ≤ ω ≤ 1/ 2 的二元对称信道，求最佳译码准则的判决
函数和平均译码错误率；
(2+2=4 分)
大；
(×)
(3) 码长满足 Kraft 不等式的码是异前置码；
(×)
(4) 齐次马氏链所产生的序列是平稳的；
(×)
(5) 信源的条件熵不大于其无条件熵；
(√)
(6) 连续随机变量集合之间的平均互信息总是有限值；
(×)
(7) 互信息是非负的；
(×)
(8) 离散无记忆信道达到容量时信道输出概率分布是唯一的；
(2 分)
7
R(D)
|D=1/2 =
log
(n
n −1)1/2
−
H (1/
2)
=
log2 16
− (1/
2) log2 (16
−1)
− log2
2
= 1.0466比特
8
(2 分)
(3) 写出香农第三定理中存在平均失真不大于 D 的信源编码充要条件；
(2 分)
答：
(1) R ≥ H 或 R > H ；
(2 分)
(2) (1 / N )× log2 M ≤ C 或 (1 / N )× log2 M < C ；
(2 分)
(3) R ≥ R(D) 或 R > R(D) 。
(√)
(9) 在信息处理过程中熵不会增加；
(√)
(10) 非奇异的定长码是唯一可译码。
(√)
二、填空题(共 21 分,每空 3 分)
(1) AWGN 信道的带宽为 250kHz，噪声的双边功率谱密度为 N0 / 2 = 0.5×10−8
W / Hz ，信号与噪声的功率比为 63，则信号功率是
0.1575W ，
0 M
1 M
a16 0 0 L 0 1
压缩符号与恢复符号与之间的转移概率矩阵：
(2+2+2=6 分)
6
a1 a2 L a7 a8 L a16
b1 1 0 L
b
2
0
1
L
M M M L
b7
0
0
L
b8 0 0 L
0 0 L 0
0
0
L
0
M M L M
1
0
L
0
0 1/ 9 L 1/ 9
信源符号与恢复符号之间的转移概率矩阵：
L
0
1/ 3 1/ 3
9 1/ 3 1/ 3 0 0 10 1/ 3 1/ 3 1/ 3 0
0L0 0L 0
0 1/ 3 0 0
(2) 该信道是对称信道。
(3 分)
(3) C = log11− H (1/ 3,1/ 3,1/ 3) = log11− log 3 ≈ 1.8745 比特/符号，达到信道
0 1 2 3 4 L 8 9 10
0 0 1/ 3 1/ 3 1/ 3 0 L 0 0 0
1
0
0 1/ 3 1/ 3 1/3 L 0
0
0
2 0 0 0 1/ 3 1/3 L 0 0 0
P=
M
M
LM
；
7 0 0 0 0 0 L 1/ 3 1/ 3 1/ 3
8 1/ 3 0
0
0
0
4
(4) 按照题意，需要求信道疑义度的上界，代入费诺不等式得： H ( X | Y ) ≤ H (PE3 ) + PE3 log(r −1) = H (ω(1− p) + p / 2) 。
六、计算题(15 分)
(3 分)
已知有两个子信道的并联高斯信道，yi = x i +zi ，i = 1, 2 ，加性噪声 z1 和 z2 服
pE3 = ω(1− p) / 2 + ω(1− p) / 2 + p / 2 = ω(1− p) + p / 2 。 pE3 = ω(1− p) + p / 2 = ω + (1/ 2 − ω) p ≥ ω = pE1 ， pE3 = ω(1− p) + p / 2 ≥ p / 2 = pE2 。 结论：信道串联使得平均译码错误率增加(不减)。
1−ω
1− p
1−ω
1− p
p ω ω
p
p ω ω
p
1−ω
1− p
1−ω
1− p
3
解：
信源等概，因此最佳译码准则为最大似然 (ML)准则。
(1) 信道的概率转移矩阵为：
01
P1
=
0 1− ω 1 ω
ω 1− ω
(2+2=4 分)
判决函数为： G( y = 0) = 0,G( y = 1) = 1 ，
a8 a16 中的任何一个；采用汉明失真测度；
(1) 求信源符号与恢复符号之间的转移概率矩阵；
(6 分)
(2) 求信源编码器的码率；
(5 分)
(3) 求信源编码的平均失真；
(2 分)
(4) 已知在汉明失真测度下，包含 n 个符号的离散无记忆等概率信源的
R(D) 函数表达式为：
(2 分)
R(
D)
=
log
(2 分)
四、计算题(15 分)
某离散无记忆信道Y = X + Z (mod11) ，其中 Z 的概率分布为
Z
=
1 1 3
2 13
3 1 3
，
X
∈{0,1,⋅⋅⋅,10} 。
Z
与
X
相互独立。求：
(1) 该信道的转移概率矩阵； (2) 该信道是否为离散对称信道？ (3) 该信道的容量及达到容量时的输入概率分布。 解：
(3+3+3=9 分)
①
0
<
σ
2 1
−σ
2 2
<
P
，
②令
E[x12 ]
=
P1
，
E[x22 ]
=
P2
，则
P1
+
P2
=
P
，
P1
+
σ
2 1
=
P2
+ σ 22 ，解得：
( ) ( ) P1 =
P−
σ12 − σ 22 2
， P2
P+ =
σ
2 1
−σ
2 2
2
，信道容量为：
( ) ( ) C
=
1 2
log
1 +
P−
σ
2 1
−σ22
2σ
2 1
+
1 2
log
1
+
P
+
σ
2 1
−
σ
2 2
2σ
2 2
，
③
p(x1, x2 ) = 2π
[P
−
(σ12
1
−
σ
2 2
)][
P
+
(σ12
−
σ
2 2
)]
exp[−( P
−
x12
(σ
2 1−σ Nhomakorabea2 2
)
+
P
+
x22
(σ
2 1
−
σ
2 2
)
)]
5
七、计算题(15 分)
一个 16 个符号离散等概率信源，符号集为{ai, i = 1,L,16} 。先将信源进行压
(6 分) (3 分) (3+3=6 分)
(1) 由离散无记忆信道Y = X + Z (mod11) 可见，输入为 X ，输出为Y ，信道