信息理论与编码-实验大纲
信息论与编码课程设计
建筑大学电气与电子信息工程学院信息理论与编码课程设计报告设计题目：哈夫曼编码的分析与实现专业班级：电子信息工程101学生： _____________________________学号： ________________________________ 扌指导教师：吕卅王超________________ 设计时间：2013.11.18 —2013.11.29、设计的作用、目的《信息论与编码》是一门理论与实践密切结合的课程, 课程设计是其实践性教学环节之一，同时也是对课堂所学理论知识的巩固和补充。
其主要目的是加深对理论知识的理解，掌握查阅有关资料的技能，提高实践技能，培养独立分析问题、解决问题及实际应用的能力。
通过完成具体编码算法的程序设计和调试工作，提高编程能力，深刻理解信源编码、信道编译码的基本思想和目的，掌握编码的基本原理与编码过程，增强逻辑思维能力，培养和提高自学能力以及综合运用所学理论知识去分析解决实际问题的能力，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法二、设计任务及要求通过课程设计各环节的实践，应使学生达到如下要求：1. 理解无失真信源编码的理论基础，掌握无失真信源编码的基本方法；2. 掌握哈夫曼编码/ 费诺编码方法的基本步骤及优缺点；3. 深刻理解信道编码的基本思想与目的，理解线性分组码的基本原理与编码过程；4. 能够使用MATLA或其他语言进行编程，编写的函数要有通用性。
三、设计容一个有8个符号的信源X,各个符号出现的概率为：X x1, x2, x3, x4, x5, x6 x7 x8P(X) 0.4 0.18 0.1 0.1 0.07 0.06 0.05 0.04 编码方法：先将信源符号按其出现的概率大小依次排列，并取概率最小的字母分别配以0和1两个码元(先0后1或者先1后0，以后赋值固定)，再将这两个概率相加作为一个新字母的概率，与未分配的二进制符号的字母重新排队。
并不断重复这一过程，直到最后两个符号配以0和1为止。
信息安全课程群中《信息理论与编码》课程实验教学探索
ｃ ｏ ｄ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ ｉ ｎ ｆ ｏ ｍａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｅ ｃ ｕ ｒ ｉ ｔ ｙ ｃ ｕ ｒ ｒ ｉ ｃ ｕ ｌ ｕ ｍ ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ ［ Ｊ ］ ． Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ｌ ａ ｏ ｆ Ｅ ａ ｓ ｔ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ （ Ｓ ｏ ｃ ｉ ｌ ａ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ） ，
关键词 ： 信 息安全 ； 信息理论与编码 ； 实验教 学 中图分类号 ： Ｇ ６ ４ ２ ． ０ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ４ ． ３ ５ １ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ － ０ ０ ８ ４ － ０ ３
胡康 秀， 王兵贤 ， 王泽文． 信息安全课程群 中《 信 息理论 与编码》 课程 实验教学探 索［ Ｊ ］ ． 东华理 工大学学报 ：
教学体 系的架构
东华理工大学根据“ 信息安全” 课程群的特征 ，
提倡课 程设 置要 以培养 信息 技 术人 才为 目的 ， 按 照 基础课 、 专 业 基 础 课 以 及 专 业 课 三个 层 次 进 行 设
置。对于信息理论与编码课程 ， 教材方面一直选用 北京航 空航 天 大学 出版社 出版 的《 信 息技 术 基 础》 ］ ， 该 教材 重点面 向工科 学生 编写 ， 对 于信 息与
社会科 学版 ， ２ ０ １ ３ ， ３ ２ （ １ ） ： ８ ４ ． ８ ６ ．
Ｈｕ Ｋａ ｎ ｇ — ｘ ｉ ｕ， Ｗａ ｎ ｇ Ｂｉ ｎ ｇ — ｘ ｉ ａ ｎ， Ｗａ ｎ ｇ Ｚ ｅ — ｗ ｅ ｎ ． Ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｘ ｐ ｅ ｒ ｉ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｔ ｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ｎｄ ａ
课程教学大纲-信息工程学院
《信息论与编码》课程教学大纲一、课程名称1．中文名称：信息论与编码2．英文名称：Information Theory and Coding二、课程概况课程类别：专业选修课学时数：36学分数：2适用专业：通信工程、电子信息工程等专业开课学期：第一学期开课单位：信息工程学院电子信息工程系三、大纲编写人：张露四、教学目的及要求•教学目的：通过本课程向学生介绍信息科学的基础理论和基本方法，使学生掌握信息理论的基础和编码理论。
•教学要求：掌握信息论的基本原理、编码理论和实现方法，主要包括：绪论、离散信源及其信息测度、离散信道及其信道容量、无失真信源编码、有噪信道编码、波形信源和波形信道。
本课程以概率论为基础，数学推导较多，教学时主要关注学生对概念的理解，不过分追求数学细节的推导。
注意帮助学生理解各个概念的含义和作用，结合其他课程理解它的意义。
注重培养学生的独立思考能力。
五、课程主要内容及先修课程•主要内容：1)绪论: 信息的概念，信息论研究的对象、目的和内容，信息论的发展简史与现状2)离散信源及其信息测度：信息的数学模型及分类，离散信源的信息熵，信息熵的基本性质，离散无记忆的扩展信源，离散平衡信源，马尔可夫信源，信息冗余度与自然语言的熵3)离散信道及其信道容量：信道的数学模型及分类，平均互信息，平均互信息的特性，信道容量及其一般计算方法，离散无记忆扩展信道及其信道容量，信源与信道的匹配4)无失真信源编码：码的分类，等长信源编码定理，变长信源编码定理，香农编码，费诺编码，霍夫曼编码，游程编码、算术编码、冗长编码5)有噪信道编码：错误概率与译码规则，错误概率与编码方法，有噪信道编码定理，联合信源信道编码定理，纠错编码的基本思想，常用编码方法6)波形信源和波形信道：波形信源的统计特性和离散化，连续信源和信源的信息测度，具有最大熵的连续信源，连续信道和波形信道的分类，连续信道和波形信道的信息传输率，连续信道和波形信道的信道容量，连续信道编码定理•先修课程《概率论》和《通信原理》六、课程教学方法《信息论与编码》理论性较强，授课时应根据学生的基础，采用PPT和板书推导相结合的教学方式。
小学信息科技数据与编码教学大纲
小学信息科技数据与编码教学大纲1. 简介本文档旨在为小学信息科技数据与编码课程的教学提供一个大纲。
通过这个大纲，学生将学习到信息科技中数据和编码的基本概念和技能。
这将为他们今后更深入的学习和应用信息科技打下坚实的基础。
2. 目标本课程旨在培养和发展学生以下方面的能力：•理解数据和编码的基本概念•掌握数据处理和分析的基本技巧•学习编码思维和编程的基本知识•培养解决问题的创造力和团队合作精神3. 教学内容单元一：数据和信息•数据和信息的基本概念•信息获取和处理的基本技巧•数据分类和统计单元二：编码和密码学•编码的基本原理和方法•常见编码方法的应用•密码学的基础知识单元三：计算机基础知识•计算机硬件和软件的基本组成•操作系统和文件管理•网络和互联网的基本原理单元四：编程基础•编程语言和编程环境的基本概念•编程思维和解决问题的方法•常见编程语言的基本语法和应用单元五：数据分析和可视化•数据分析和可视化的基本原理•数据可视化工具和技术的应用•数据分析和可视化的实际案例4. 教学方法•理论讲解：通过教师讲解和演示，向学生传授相关的理论知识和基本概念。
•实践操作：学生在教师的指导下，进行实际的数据处理、编码和编程操作，以加深对知识的理解和掌握。
•项目实践：学生通过完成实际项目，将所学知识应用到实际情境中，培养解决问题的能力和创造力。
•小组合作：通过小组合作的方式，学生共同完成课程项目和作业，培养团队合作和协作的能力。
5. 评价方法•课堂表现：对学生在课堂上的积极参与和表现进行评价。
•作业和项目评估：对学生完成的作业和项目进行评估，包括任务完成情况、质量和创造性。
•考试和测验：通过考试和测验测试学生对知识和技能的掌握程度。
•课程总结和反思：学生通过课程总结和反思，对自己的学习过程进行评价和反思，提出改进和进一步学习的建议。
6. 参考资源•教材：根据具体教学内容选择适合的教材。
•网络资源：提供相关的网站和在线学习资源供学生参考和学习。
信息论与编码_第一章
信息论发展中的悲情人物
• 诺贝尔经济学获得者：
JOHN NASH
于1951年发表《非合作博弈论》
成就著名的“纳什均衡”理论
1958年（30岁）开始痴迷于信息编码技术，出现精神失 常。直到80年代末，方从癫疯中苏醒，继续从事经济学博弈 论研究，1994年获得诺贝尔经济学奖
奥斯卡影片《美丽心灵》
第二节、信息的概念
(17) 发现格码，1989，R.deBuda。格(lattice)码可趋近频带受限高斯信道 容量。Loeligerz在1992年已证明，这是Zp上的欧氏空间群码。
(18)发现Turbo码，迭代自适应译码算法，1993, C. Berrou and A. Glavieux. (19) LDPC码，近来又重新被发现。
信息定义的总结
• 信息是人与外界交互的内容，是有序程度的度量 和负熵，是用以减少不定性的东西 ，这些都是 Wiener 、 Brillouin 、 Shannon 等人的理解。这些 认识比仅仅把信息看作消息或通信内容要更深刻。 • 在数学上很容易证明， Hartley 的信息概念仅是 Shannon信息概念的一种特殊情形。 • 总起来说，在现有的各种理解中， Shannon 的定 义比较深刻，而且这种定义还导出了相应的算法。
香农信息定义的缺陷（2）
• 只考虑了随机型的不定性，不能解释与其 他型式的不定性（如模糊不定性）有关的 信息问题。 • 这种信息定义只从功能角度上来表述，还 是没有从根本上回答“信息是什么”的问 题。
2、发展
信 息 论 主 要 几 个 方 面 的 进 展
Ⅰ．信源编码与数据压缩 Ⅱ．信道编码与差错控制技术 Ⅲ．多用户信息论与网络通信 Ⅳ．多媒体与信息论 Ⅴ．信息论与密码学和数据安全 Ⅵ．信息论与概率统计 Ⅶ．信息论与经济学 Ⅷ．信息论与计算复杂性 Ⅸ．信息论与系统、控制、信号检测和处理 Ⅹ．量子信息论 Ⅺ．Shannon的其它重要贡献
信息论与编码1 绪论
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电的通信系统 (电信系统)已有100多年的历史 了。在一百余年的发展过程中，一个很有意义的 历史事实是：当物理学中的电磁理论以及后来的 电子学理论一旦有某些进展，很快就会促进电信 系统的创造发明或改进。这是因为通信系统对人 类社会的发展，其关系实在是太密切了。日常生 活、工农业生产、科学研究以及战争等等，一切 都离不开消息传递和信息流动。
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第一章 绪论 1 信息的概念 2 信息论研究的对象、目的和内容 3 信息论的发展简史与现状
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1 信息的概念
从哲学的角度上讲，信息是构成物质世界的三大支柱之 一，其他两个是物质和能量。
可以说我们生活在信息的海洋之中，没有信息就没有世 界，当然也就没有我们人类社会。人类利用信息利用信息的 历史非常悠久，而且随着人类社会的发展而发展。到了现代， 信息的利用已经非常重要，以至于我们当今生活的社会被称 作信息社会。可见信息的重要。
3
课程概述
? 当今的时代是一个信息的时代，信息处 理技术的不断进步极大的影响了我们的生活， 使我们的生活质量得到很大提高。本课程将 介绍信息科学的基础理论和基本方法，课程 将基于一个通讯系统的抽象数学模型进行展 开，课程的数学基础为概率论。整个课程可 分为基础理论和编码理论两部分组成
4
学习方法
本课程以概率论为基础，数学推导较多，学 习时主要把注意力集中到 概念的理解上，不过 分追求数学细节的推导。学习时一定要从始至 终注意基本概念的理解，不断加深概念的把握。 学习时注意理解各个概念的 “用处”，结合其 他课程理解它的意义，而不要把它当作数学课 来学习，提倡独立思考，注重思考在学习中的 重要性。
信息论与编码教学大纲(2024)
LDPC码在无线通信中的应用研究。探讨LDPC码在无线通信系统中的 编译码算法及性能优化方法。
选题三
极化码原理及性能分析。研究极化码的编译码原理，分析其在不同信 道条件下的性能表现，并与传统信道编码方案进行比较。
选题四
5G/6G通信中的信道编码技术。调研5G/6G通信系统中采用的信道编 码技术，分析其优缺点，并提出改进方案。
Polar码应用
探讨Polar码在5G通信、物联网等领域的应用，并分 析其性能表现。
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06 实验环节与课程 设计
2024/1/25
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实验环节介绍
实验一
信道容量与编码定理验证。 通过搭建简单的通信系统， 验证不同信道条件下的信道 容量及编码定理的有效性。
实验二
线性分组码编译码实验。利 用计算机软件实现线性分组 码的编译码过程，并分析其 纠错性能。
LDPC码基本原理
介绍LDPC码的编码结构、译码原理以及性 能分析。
LDPC码应用
探讨LDPC码在光纤通信、数据存储等领域 的应用，并分析其性能表现。
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Polar码原理及应用
2024/1/25
Polar码基本原理
介绍Polar码的编码结构、信道极化原理以及性能分 析。
Polar码编译码算法
详细阐述Polar码的编码算法、译码算法以及关键技 术的实现。
2024/1/25
预测编码
利用信源符号间的相关 性进行预测，并对预测 误差进行编码，如差分 脉冲编码调制（DPCM ）。
变换编码
将信源信号通过某种变 换转换为另一域的信号 ，再对变换系数进行编 码，如离散余弦变换（ DCT）编码。
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04 信道编码
2024/1/25
信息论与编码_第一章.
(Information theory and coding)
主讲老师：姚志强 yaozhiqiang@
学习的意义
• 信息论与编码理论是信息科学的基础理论， 对信息进行定量的分析，对信息处理给出理 论的指导，是20世纪后半叶数字化革命的主 要理论和技术支柱．
• 信息论与编码的许多思想和方法已广泛渗透 到许多领域： [计算机]，[通信技术]，[统计学], [物理学]， [生物学]，[系统科学], [经济学], [社会学], ……
需具备的相关数学知识：
高等数学 概率与统计理论 矩阵论 最优化理论 需了解的相关专业方面知识：
通信原理
本课程的主要教学目标： 信息论基本原理与应用
第一章、绪论
第一节、信息论起源和发展 第二节、信息的概念 第三节、信息论的研究内容和核心
第一节、信息论的起源及发展
1、起源
1924年，奈奎斯特（Nyquist）：信号带宽和信息 速率间的关系。
主要参考文献
• 《信息理论与编码》 姜丹、钱玉美编著 中国科技大学出版 社（第一版，第二版，第三版）；
• 《信息论—基础理论与应用》 傅祖芸编著 电子工业出版社
2001年版；
• 《信息论与编码方法》西南交通大学勒蕃教授著；
• 《信息论与编码》陈运、周亮、陈新编著 电子工业出版社； • 《信息论与编码》仇佩亮 编著 高等教育出版社；
息的理解：信息是用来减少随机不确定性的东西。 • 这篇论文以概率论为工具，深刻阐述了通信 随机不确定性是指由于随机因素所造成的不能肯定 工程的一系列基本理论问题，给出了计算信 的情形，在数值上可以用概率熵来计量。 源信息量和信道容量的方法和一般公式，得 到了一组表征信息传递重要关系的编码定理。
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《信息理论与编码》实验教学大纲
课程名称：信息理论与编码 / Information Theory and Coding
实验总学时数： 8 学时
适应专业：通信工程、信息工程、电子信息工程等
承担实验室：信息工程学院计算机实验室
一、实验教学的目的和任务
本课程是通信工程、信息工程、电子信息工程等专业的一门理论性很强的专业基础课，要求学生通过实验，加深对信息与编码的基本理论、基本分析方法及基本实现方法的理解和掌握，提高将信息理论与实际应用相结合的能力。
二、实验项目设置
三、每项实验的内容和要求
实验条件：计算机、 MATLAB 软件。
实验一：绘制二进熵函数曲线
本实验是验证性实验。
要求用 MATLAB 软件制作二进熵函数曲线。
具体要求：
（ 1 ）掌握熵函数表达式及其性质；
（ 2 ）掌握MA TLAB 开发环境的使用；
（ 3 ）掌握MA TLAB 绘图函数，编程绘制二进熵函数曲线。
实验二：一般信道容量迭代算法
本实验是设计性实验。
要求用MA TLAB 编程实现一般信道容量迭代算法。
具体要求：
（ 1 ）掌握一般信道容量迭代算法的原理；
（ 2 ）掌握MATLAB 开发环境的使用；
（ 3 ）根据一般信道容量迭代算法的原理，针对不同的信道模型参数，自行设计方案，编程实现一般信道容量迭代算法，分析比较实验结果。
教学内容：本实验内容涉及《信息理论与编码》课程、《通信原理》课程以及通信系统相关课程中信息的度量、信道模型和信道容量等方面综合知识和综合技能。
通常，一般信道容量的计算非常困难，迭代算法能在给定的精度下用有限步数计算出一般信道容量，充分体现出计算机数值计算能力强的特点。
因此，本实验设置成设计性实验，针对理论性强、知识面宽的特点，强调理论联系实际，突出重点，要求学生通过问题的提出、方案设计及实施、结果讨论等设计性实验基本环节的训练，定性分析与定量分析相结合，理论分析与实际应用相结合，达到对所学的理论知识和实践技能的自主、综合运用，加深对香农信息论基本理论的理解和掌握，培养利用信息论的基本原理分析和解决实际问题的能力，有效地促进教学内容的整合，授课方法调整，组织形式改变，考核方式改革，提高学生综合运用理论知识的能力。
授课方法：要求学生按 1 ： 1 的学时在课下进行方案准备。
组织形式：课内与课外相结合。
考核方式：采用答辩验收方式。
实验三：线性分组码的信道编码和译码
本实验是验证性实验。
要求用 MATLAB 编程实现线性分组码的信道编码和译码。
具体要求：
（ 1 ）掌握线性分组码的编码和译码原理以及纠错原理；
（ 2 ）掌握MATLAB 开发环境的使用；
（ 3 ）掌握MATLAB 语言的位运算操作，编程实现线性分组码的信道编码和译码。
每项实验要求书写并提交实验报告。
四、实验改革与特色
以理论为依托，以掌握基础知识为目的，将实践和理论紧密联系，加深学生对信息理论与编码专业知识的理解和掌握。
五、教材及实验指导书
推荐教材：
《信息理论与编码》，编著：吕锋, 王虹, 刘皓春, 苏扬
出版社：人民邮电出版社出版或修订时间：2004 年 2 月
参考书：
《信息论与编码》，编著：傅祖芸，赵建中
出版社：电子工业出版社出版或修订时间：2006 年 4 月
《信息论与编码》，编著：仇佩亮
出版社：高等教育出版社出版或修订时间：2004 年7 月《Elements of Information Theory 》，编著：[ 美]THOMAS M.COVER ，JOY A.THOMAS
出版社：清华大学出版社出版或修订时间: 2003 年11 月实验指导书：自编待版。
执笔：夏定元
审阅：刘岚日期： 2007-1
审定：吕锋日期： 2007-2。