信息论试卷含答案
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
(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；
《信息论基础》试卷（期末）（B卷）
《信息论基础》试卷（期末）（B卷）重庆邮电⼤学2007/2008学年2学期《信息论基础》试卷（期末）（B 卷）（半开卷）⼀、填空题（共20分，每空1分）1、通信系统中，编码的主要⽬的有两个，分别是和。
2、离散⽆记忆信源存在剩余度的原因是。
3、当时，信源熵为最⼤值。
⼋进制信源的最⼤熵为，最⼩熵为。
4、⽆失真信源编码的平均码长最⼩理论极限制为。
5、⼀个事件发⽣概率为0.125，则⾃相关量为。
6、根据信原输出随机序列中随机变量前后之间有⽆统计依赖性，信原可以分为和。
7、噪声瞬时值的概率密度函数服从分布，同时功率谱密度为的噪声称为⾼斯⽩噪声。
8、当时，信源与信道达到匹配。
9、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时，信源具有最⼤熵，其值为值。
9、在下⾯空格中选择填⼊数学符号“,,,=≥≤>”或“?” （1）H(XY) H(Y)+H(X|Y) H(Y)+H(X)（2）假设信道输⼊⽤X 表⽰，信道输出⽤Y 表⽰。
在有噪⽆损信道中， 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【1,3】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。
三、（16分）已知信源12345S P 0.250.20.20.20.15s s s s s =（1）⽤霍夫曼编码法编成⼆进制变长码；（4分）（2）计算平均码长—L ；（4分）（3）计算编码信息率R '；（4分）（4）计算编码后信息传输率R ；（2分）（5）计算编码效率η。
（2分）四、（12分）已知⼀个平均功率受限的连续信号，通过带宽W 10MHz =的⾼斯⽩噪声信道，试计算（1）若信噪⽐为10，信道容量为多少？（4分）（2）若信道容量不变，信噪⽐降为5，信道带宽为多少？（4分）（3）若信道通频带减为5MHz 时，要保持相同的信道容量，信道上的信号与噪声的平均功率⽐值应等于多少？（4分）五、（16分）某个信息源发出符号的概率为：12()(),P a P a =3()0.4,P a =假设该信息源发出的符号前后有关联，其依赖关系为：112122321333312133(|);(|);(|);(|);(|);(|);443344P a a P a a P a a P a a P a a P a a ======（1）画出状态转移图（4分）（2）计算稳态概率（4分）（3）计算信源的极限熵（4分）（4）计算稳态下H1，H2及其对应的剩余度。
信息论部分习题及解答
2-1 同时掷两个正常的骰子，也就是各面呈现的概率都是1/6，求： （1）“3和5同时出现” 这事件的自信息量。
（2）“两个1同时出现” 这事件的自信息量。
（3）两个点数的各种组合（无序对）的熵或平均信息量。
（4）两个点数之和（即2，3，…，12构成的子集）的熵。
（5）两个点数中至少有一个是1的自信息。
解：（1）设X 为‘3和5同时出现’这一事件，则P （X ）=1/18，因此 17.418log)(log)(22==-=x p X I (比特)（2）设‘两个1同时出现’这一事件为X ，则P （X ）=1/36，因此 17.536log)(log)(22==-=x p X I (比特)(3 ) “两个相同点数出现”这一事件的概率为1/36,其他事件的概率为1/18,则 337.418log181536log366)(22=+=X H (比特/组合)（4）222222111111()[log 36log 18()log 12()log 936181836181811136111()log ]2()log 6 3.44(/)1818365181818H X =++++++++⨯+++=比特两个点数之和（5）两个点数至少有一个为1的概率为P （X ）= 11/36 71.13611log)(2=-=X I （比特）2-6设有一离散无记忆信源，其概率空间为⎪⎪⎭⎫⎝⎛=====⎪⎪⎭⎫⎝⎛8/134/124/118/304321x x x x PX该信源发出的信息符号序列为（202 120 130 213 001 203 210 110 321 010 021 032 011 223 210），求：（1） 此信息的自信息量是多少？（2） 在此信息中平均每个符号携带的信息量是多少？ 解：（1）由无记忆性，可得序列）（比特/18.87)3(6)2(12)1(13)0(14=+++=I I I I（2）符号）（比特/91.145/==I H 2-9在一个袋中放有5个黑球、10个白球，以摸一个球为一次实验，摸出的球不再放进去。
信息论基础理论与应用考试题及答案
信息论基础理论与应用考试题及答案信息论基础理论与应用考试题一﹑填空题（每题2分，共20分）1.信息论研究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）﹑保密性和认证性，使信息传输系统达到最优化。
（考点：信息论的研究目的）2.电视屏上约有500×600=3×510个格点，按每点有10个不同的灰度等级考虑，则可组成531010⨯个不同的画面。
按等概计算，平均每个画面可提供的信息量约为（610bit /画面）。
（考点：信息量的概念及计算）3.按噪声对信号的作用功能来分类信道可分为 （加性信道）和 （乘性信道）。
（考点：信道按噪声统计特性的分类）4.英文电报有32个符号（26个英文字母加上6个字符），即q=32。
若r=2，N=1，即对信源S 的逐个符号进行二元编码，则每个英文电报符号至少要用 （5）位二元符号编码才行。
（考点：等长码编码位数的计算）5.如果采用这样一种译码函数，它对于每一个输出符号均译成具有最大后验概率的那个输入符号，则信道的错误概率最小，这种译码规则称为（最大后验概率准则）或（最小错误概率准则）。
（考点：错误概率和译码准则的概念）6.按码的结构中对信息序列处理方式不同，可将纠错码分为（分组码）和（卷积码）。
（考点：纠错码的分类）7.码C=｛（0，0，0，0），（0，1，0，1），（0，1，1，0），（0，0，1，1）｝是（（4，2））线性分组码。
（考点：线性分组码的基本概念）8.定义自信息的数学期望为信源的平均自信息量，即（11()log ()log ()()q i i i i H X E P a P a P a =⎡⎤==-⎢⎥⎣⎦∑）。
（考点：平均信息量的定义）9.对于一个（n,k）分组码，其最小距离为d，那么，若能纠正t个随机错误，同时能检测e（e≥t）个随机错误，则要求（d≥t+e+1）。
（考点：线性分组码的纠检错能力概念）10.和离散信道一样，对于固定的连续信道和波形信道都有一个最大的信息传输速率，称之为（信道容量）。
(完整word版)信息论试卷
一、选择题1、下列那位创立了信息论.(C)A.牛顿B.高斯C.香农D.哈夫曼2、下列不属于消息的是。
(B)A.文字B.信号C.图像D.语言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2，则得到的自信息量为(B）。
A.-log36 bitB.log36 bitC.-log18 bitD.log18 bit4、下列说法不正确的是(C)A.异字头码肯定是唯一可译的B.逗点码是唯一可译的C.唯一可译码不必满足Kraft 不等式D.无逗点码可以唯一可译5、下述编码中那个可能是任何概率分布对应的Huffman编码(A)A.｛0，10,11}B.{00，01,10，110}C.｛01，10｝D.{001，011，100，101｝6、下列物理量不满足非负性的是（D)A.H(X)B.I(X；Y）C.H(Y|X)D.I（x j;y j）7、信源的输出与信道的输入匹配的目的不包括（D)A.符号匹配B.信息匹配C.降低信道剩余度D.功率匹配8、在串联系统中,有效信息量的值（B)A.趋于变大B.趋于变小C.不变D.不确定二、判断题1、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。
（T)2、信息是先验概率和后验概率的函数，信息量是事件数目的指数函数。
（F）提示：对数函数3、两个事件之间的互信息量可正,可负，也可能为0。
(T）4、在通讯系统中，无论对接收到的信息怎样处理，信息只会减少，绝不可能增加。
(T ）5、Huffman 编码是唯一的.（F)提示：不唯一6、概率大的事件自信息量大。
（F ）提示：小7、在事件个数相同条件下，事件等概率出现情况下的熵值最大。
（T)8、平稳的离散无记忆信道不可用一维概率描述。
(F)提示：可以三、填空题1、必然事件的自信息是 0 .2、根据码字所含的码元的个数，编码可分为 等长 编码和 不等长 编码。
3、不等长D 元码，码字最长限定为N,则至多有 D(D N - 1）/(D — 1） 个码字。
信息论试卷及解答
=
log 2 −
1+ε 2 2
log(1+ ε
2)
− εε
log ε
−ε
log ε
I (X
; Y1Y2
)
=
H
(X
)
+
H (Y1Y2
)
−
H ( XY1Y2
)
=
log
2
−
1+ε 2
2
log(1 +
ε
2
)
−
ε
(2
−
ε
) log ε
其中ε = 1 − ε
5
五、（22 分）一离散无记忆信道如图 3 所示：
1/2
01
10
0
0
εε 2
P y1 y2 (01)=
εε 2
εε 2
P y1 y2 (10)=
εε 2
11
0
ε2 2
P y1 y2 (11)=
ε2 2
∴ H (XY1Y2 ) = log 2 − ε 2 log ε − εε log εε − ε 2 log ε = log 2 + H (ε ) ；
H (Y1Y2 )
信息量为：
I(z
=
1/
x
=
0)
=
− log2
2 9
=
2.170
比特
（2） p(x = 1/ z = 0) = p(x = 1) p(z = 0 / x = 1) p(z = 0)
1
=
p( x = 1) p(z = 0 / x = 1)
p(x = 0) p(z = 0 / x = 0) + p(x = 1) p(z = 0 / x = 1)
信息论典型试题及答案
第五章
5.1将下表所列的信源进行六种不同的二进制编码。
（1）求这些码中哪些是惟一可译码。
（2）哪些码是非延长码
（3）对所有惟一可译码求出其平均码长 。
消息
C1
C2
C3
C4
C5
C6
1/2
000
0
0
0
0
0
1/4
001
01
10
10
10
100
1/16
010
011
110
110
1100
101
27.能够描述无失真信源编码定理
例1：.黑白气象传真图的消息只有黑色和白色两种，求：
1）黑色出现的概率为0.3，白色出现的概率为0.7。给出这个只有两个符号的信源X的数学模型。假设图上黑白消息出现前后没有关联，求熵H(X)；
2）假设黑白消息出现前后有关联，其依赖关系为：P(白/白)=0.9，P(黑/白)＝0.1，P(白/黑)＝0.2，P(黑/黑)＝0.8，求其熵H2(X)；
10.互信息的性质是什么？
11.熵的表达式、单位、含义是什么？
12.单符号离散信源最大熵是多少？信源概率如何分布时能达到？
13.熵的性质是什么？
14.联合熵、条件熵和熵的关系。
15.平均互信息的定义是什么？平均互信息的表达式怎么推导？
16.平均互信息的含义？
17.信道疑义度、损失熵和噪声熵的含义？
18.平均互信息的性质？（能够证明，并说明每个性质的含义）
解：
由题意可知该二元信道的转移概率矩阵为：
为一个BSC信道
所以由BSC信道的信道容量计算公式得到：
3.14电视图像编码中，若每帧为500行，每行划分为600个像素，每个像素采用8电平量化，且每秒传送30帧图像。试求所需的信息速率(bit/s)。
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《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()22x 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。
（2分）（1）010101111.00.20.20.20.20.10.11S 2S 3S 4S 5S 6S编码结果为：1234560001100101110111S S S S S S ======（2）610.420.63 2.6i i i L P ρ===⨯+⨯=∑码元符号（3）bit log r=2.6R L '=符号（4）() 2.53bit0.9732.6H S R L ===码元其中，()()bit 0.2,0.2,0.2,0.2,0.1,0.1 2.53H S H ==符号 （5）()()0.973log H S H S L rLη===评分：其他正确的编码方案：1，要求为即时码 2，平均码长最短四、（10分）某信源输出A 、B 、C 、D 、E 五种符号，每一个符号独立出现，出现概率分别为1/8、1/8、1/8、1/2、1/8。
如果符号的码元宽度为0.5s μ。
计算： （1）信息传输速率t R 。
（5分）（2）将这些数据通过一个带宽为B=2000kHz 的加性白高斯噪声信道传输，噪声的单边功率谱密度为6010Wn Hz-=。
试计算正确传输这些数据最少需要的发送功率P 。
（5分）解：（1）()()1t X R H X H Y t ⎡⎤=-⎣⎦()61111log 4log882211log8log 22231log 2log 2222log 22bit 24100.5t H X bitR bps sμ=-⨯-=+=+====⨯ （2）66662410210log 1102101226P PP W-⎛⎫⨯=⨯+ ⎪⨯⨯⎝⎭+==五、(16分)一个一阶马尔可夫信源，转移概率为()()()()1121122221|,|,|1,|033P S S P S S P S S P S S ====。
(1) 画出状态转移图。
(4分)(2) 计算稳态概率。
(4分)(3) 计算马尔可夫信源的极限熵。
(4分)(4) 计算稳态下1H ,2H 及其对应的剩余度。
(4分) 解：(1)113(2)由公式()()()21|i ij j j P S P SS P S ==∑有()()()()()()()()()()()21112122211122|31|31i i i i i i P S P S S P S P S P S P S P S S P S P S P S P S ==⎧==+⎪⎪⎪==⎨⎪⎪+=⎪⎩∑∑得()()123414P S P S ⎧=⎪⎪⎨⎪=⎪⎩(3)该马尔可夫信源的极限熵为：()()()2211|log |322311log log433433110.578 1.599240.6810.4720.205i j i j i i j H P S P S S P S S bit nat hart ∞===-=-⨯⨯-⨯⨯=⨯+⨯===∑∑符号符号符号(4)在稳态下：()()213311log log log 0.8114444i i i P x P x bit =⎛⎫=-=-⨯+⨯= ⎪⎝⎭∑20.2050.4720.681H H hart nat bit ∞====符号对应的剩余度为1100.811110.1891111log log 2222H H η=-=-=⎛⎫⎛⎫⎛⎫-+ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭ 2200.681110.3191111log log 2222H H η=-=-=⎛⎫⎛⎫⎛⎫-+ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭ 六、设有扰信道的传输情况分别如图所示。
试求这种信道的信道容量。
XY解：信道传输矩阵如下|11002211002211002211022Y XP ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦可以看出这是一个对称信道，L=4,那么信道容量为()()111log 4,,0,022log |log |11log 42log221Lj i j i j C H L p y x p y x bit=⎛⎫=- ⎪⎝⎭=+=+⨯=∑七、(16分)设X 、Y 是两个相互独立的二元随机变量，其取0或1的概率相等。
定义另一个二元随机变量Z=XY(一般乘积)。
试计算 (1) ()(),;H X H Z (2) ()(),;H XY H XZ (3) ()()|,|;H X Y H Z X (4) ()();,;I X Y I X Z ; 解：(1)()11,122H X H bit ⎛⎫== ⎪⎝⎭31(2),0.811344H H bit ⎛⎫== ⎪⎝⎭(2) ()()()112H XY H X H Y bit =+=+=对()()()()1111|11,0, 1.52222H XZ H X H Z X H H bit ⎛⎫=+=++= ⎪⎝⎭对(3) ()()|1H X Y H X bit ==()()1111|1,0,0.52222H Z X H H bit ⎛⎫=+= ⎪⎝⎭(4) ()()()()(),|0I X Y H Y H Y X H Y H Y =-=-=()()(),|0.81130.50.3113I X Z H Z H Z X bit =-=-=八、(10分)设离散无记忆信源的概率空间为120.80.2X x x P ⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦，通过干扰信道，信道输出端的接收符号集为[]12,Y y y =，信道传输概率如下图所示。
1x 2x 1y 2y(1) 计算信源X 中事件1x 包含的自信息量； (2) 计算信源X 的信息熵； (3) 计算信道疑义度()|H X Y ； (4) 计算噪声熵()|H Y X ；(5) 计算收到消息Y 后获得的平均互信息量。
解：(1) ()1log 0.80.3220.09690.223I x bit hart nat =-===(2) ()()0.8,0.20.7220.50.217H X H bit nat hart ====符号 (3)转移概率：联合分布：()2231,,,31520201.4040.9730.423H XY H bit nat hart ⎛⎫= ⎪⎝⎭===符号符号符号()()49/60,11/600.6870.4760.207H Y H bit nat hart ====符号符号 ()()()|0.7170.4970.216H X Y H XY H Y bit nat hart =-===符号符号(4) ()()()|0.6820.4730.205H Y X H XY H X bit nat hart =-===符号符号 (5) ()()();|0.005040.003490.00152I X Y H X H X Y bit nat hart =-===符号。