信息论测试题及答案
信息论考试题及答案

1.有二元对称信道编码:1)已知信源X,41,4310==p p ,求H(X),H(X|Y),I(X,Y)。
2)求信道容量C 。
解:由题意可知,(X,Y )服从如下的联合分布Y,X0101/21/1211/41/6X 的边际分布是(3/4,1/4),Y 的边际分布是(7/12,5/12))(811.03log 432)41log 4143log 43(log )(210bit p p X H i i i =-=+-=-=∑=)bit (749.07log 1275log 1253log 433252,53(125)71,76(127)|()()|(22210=++--=+====∑=H H i Y X H i Y p Y X H i )bit (062.07log 1275log 12538)|()(),(22=--=-=Y X H X H Y X I )(082.03log 35)31(1)(12bit H p H C =-=-=-=2.最小熵。
求出)(),...,,(21p H p p p H n =最小值是多少,因为p 的范围是在n 维概率向量集合上的最小值是多少?找到所有达到这个最小值时的p。
解:我们希望找到所有的概率向量),...,,(21n p p p p =,让∑-=i ii p p p H log )(达到最小,现在有时等式成立或当且仅当10,0log =≥-i i i p p p ,因此,唯一可能使得H(p)最小化的概率向量是对于某些i 和j 满足.,0,1i j p p j i ≠==这里有n 个这样的向量,比如)1,...,0,0(),0,...,1,0(),0,...,0,1(,此时H(p)的最小值为0。
3.赫夫曼码。
考虑随机变量⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=02.003.004.004.012.026.049.07654321x x x x x x x X (a)求X 的二元赫夫曼码。
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》试题及答案

期终练习一、某地区的人群中,10%是胖子,80%不胖不瘦,10%是瘦子。
已知胖子得高血压的概率是15%,不胖不瘦者得高血压的概率是10%,瘦子得高血压的概率是5%,则“该地区的某一位高血压者是胖子”这句话包含了多少信息量。
解:设事件A :某人是胖子; B :某人是不胖不瘦 C :某人是瘦子 D :某人是高血压者根据题意,可知:P (A )=0.1 P (B )=0.8 P (C )=0.1 P (D|A )=0.15 P (D|B )=0.1 P (D|C )=0.05而“该地区的某一位高血压者是胖子” 这一消息表明在D 事件发生的条件下,A 事件的发生,故其概率为P (A|D )根据贝叶斯定律,可得:P (D )=P (A )* P (D|A )+P (B )* P (D|B )+P (C )* P (D|C )=0.1 P (A|D )=P (AD )/P (D )=P (D|A )*P (A )/ P (D )=0.15*0.1/0.1=0.15 故得知“该地区的某一位高血压者是胖子”这一消息获得的多少信息量为: I (A|D ) = - logP (A|D )=log (0.15)≈2.73 (bit ) 二、设有一个马尔可夫信源,它的状态集为{S 1,S 2,S 3},符号集为{a 1,a 2,a 3},以及在某状态下发出符号集的概率是(|)k i p a s (i ,k=1,2,3),如图所示(1)求图中马尔可夫信源的状态极限概率并找出符号的极限概率(2)计算信源处在某一状态下输出符号的条件熵H(X|S=j) (j=s 1,s 2,s 3) (3)求出马尔可夫信源熵H ∞解:(1)该信源达到平稳后,有以下关系成立:13212312123()()31()()()4211()()()42()()()1Q E Q E Q E Q E Q E Q E Q E Q E Q E Q E Q E =⎧⎪⎪=+⎪⎨⎪=+⎪⎪++=⎩可得1232()73()72()7Q E Q E Q E ⎧=⎪⎪⎪=⎨⎪⎪=⎪⎩3111322133313()()(|)72()()(|)73()()(|)7i i i i i i i i i p a Q E p a E p a Q E p a E p a Q E p a E =========∑∑∑(2)311113222133331(|)(|)log (|) 1.5bit/(|)(|)log (|)1bit/(|)(|)log (|)0bit/k k k kk k k k k H X S p a S p a S H X S p aS p a S H X S p a S p a S ====-==-==-=∑∑∑(符号)(符号)(符号)(3)31()(|)2/7*3/23/7*12/7*06/7iii H Q E H X E ∞==⨯=++=∑(比特/符号)三、二元对称信道的传递矩阵为0.60.40.40.6⎡⎤⎢⎥⎣⎦(1)若P(0)=3/4,P(1)=1/4,求H (X ),H (X|Y )和I (X ;Y )(2)求该信道的信道容量及其最大信道容量对应的最佳输入分布 解:⑴()H X =21()log ()iii p x p x ==-∑=0.75log 750.25log 25--≈0.811(比特/符号)1111212()()(|)()(|)p y p x p y x p x p y x =+=0.75*0.6+0.25*0.4=0.55 2121222()()(|)()(|)p y p x p y x p x p y x =+=0.75*0.4+0.25*0.6=0.45()0.55log0.550.45log0.45H Y =--=≈0.992(比特/符号)122(|)()(|)()(|)0.75(0.6,0.4)0.25(0.4,0.6)(0.6log 0.60.4log 0.4)0.971/H Y X p x H Y x p x H Y x H H =+=⨯+⨯=-+≈(比特符号)(|)()()()(|)()H X Y H XY H Y H X H Y X H Y =-=+-≈0.811+0.971-0.992=0.79 (比特/符号)I(X;Y)=H(X)-H(X|Y)=0.811-0.79=0.021(比特/符号) (2)此信道为二元对称信道,所以信道容量为C=1-H(p)=1-H(0.6)=1-0.971=0.029(比特/符号) 当输入等概分布时达到信道容量四、求信道22042240 p pp pεεεεεε⎡⎤--⎢⎥--⎢⎥⎣⎦的信道容量,其中1p p=-。
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》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)
信息论习题一二答案

信息论习题一、二答案参考1.一个随即变量x的概率密度函数P(x)= x /2,0≤x≤2V,则信源的相对熵为()。
A. 1.44bit/符号B. 1bit/符号正确C. 0.5bit/符号D. 0.72bit/符号2.下列不属于消息的是()A. 文字B. 图像C. 语言D. 信号3.下列哪一项不属于最简单的通信系统模型()A. 信宿B. 加密C. 信道D. 信源4.下列离散信源,熵最大的是()。
A. H(1/2,1/2)B. H(1/2,1/4,1/8,1/8)C. H(1/3,1/3,1/3)D. H(0.9,0.1)5.下面哪一项不属于熵的性质()A. 对称性B. 确定性C. 完备性D. 非负性6.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. -log36bitB. log36bitC. -log (11/36)bitD. log (11/36)bit7.对连续信源的熵的描述不正确的是()。
A. 连续信源的熵和离散集的熵形式一致,只是用概率密度代替概率,用积分代替求和B. 连续信源的熵由相对熵和无穷大项构成C. 连续信源的熵值无限大D. 连续信源的熵可以是任意整数9.相对熵()。
A. 总非负B. 总为正C. 总为负D. 都不对9.英文字母有26个,加上空格共27个符号,由此H0(X)=4.76bit/符号,根据有关研究H∞(X)=1.4 bit/符号,则冗余度为()。
A. 0.71B. 0.51C. 0.11D. 0.3110.设信源S,若P(s1)=1/2、P(s2)=1/4、P(s3)=1/4,则其信源剩余度为()。
A. 3/4B. 0C. 1/4D. 1/211.设有一个无记忆信源发出符号A和B,已知p(A)=1/4,p(B)=3/4,发出二重符号序列消息的信源,则二次扩展信源熵为()。
A. 0.81bit/二重符号B. 1.86 bit/二重符号C. 0.93 bit/二重符号D. 1.62bit/二重符号12.H(X/X)=0。
信息论与编码考题标准答案

信 息 论 与 编 码 考题与标准答案第一题 选择题1.信息是( b )a. 是事物运动状态或存在方式的描述b.是事物运动状态或存在方式的不确定性的描述c.消息、文字、图象d.信号 2.下列表达式哪一个是正确的(e )a. H (X /Y )=H (Y /X )b. )();(0Y H Y X I <≤c.)/()(),(X Y H X H Y X I -=d. )()/(Y H Y X H ≤e. H (XY )=H (X )+H (Y /X )3.离散信源序列长度为L ,其序列熵可以表示为( b )a. )()(1X LH X H =b.c. ∑==Ll lXH X H 1)()(d. )()(X H X H L =4.若代表信源的N 维随机变量的取值被限制在一定的范围之内,则连续信源为( c ),具有最大熵。
a. 指数分布b. 正态分布c. 均匀分布d. 泊松分布 5.对于平均互信息);(Y X I ,下列说法正确的是( b )a. 当)(i x p 一定时,是信道传递概率)(i j x y p 的上凸函数,存在极大值b. 当)(i x p 一定时,是信道传递概率)(i j x y p 的下凸函数,存在极小值c.当)(i j x y p 一定时,是先验概率)(i x p 的上凸函数,存在极小值d.当)(i j x y p 一定时,是先验概率)(i x p 的下凸函数,存在极小值 6.当信道输入呈( c )分布时,强对称离散信道能够传输最大的平均信息量,即达到信道容量 a. 均匀分布 b. 固定分布 c. 等概率分布 d. 正态分布7.当信道为高斯加性连续信道时,可以通过以下哪些方法提高抗干扰性(b d ) a. 减小带宽 b. 增大发射功率 c. 减小发射功率 d.增加带宽第二题 设信源 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡6.04.0)(21x x X p X 通过一干扰信道,接收符号为Y={y 1,y 2},信道传递矩阵为⎥⎦⎤⎢⎣⎡43416165 求:(1) 信源 X 中事件 x 1 和 x 2 分别含有的自信息量。
信息论测试题及答案

一、设X 、Y 是两个相互统计独立的二元随机变量,其取-1或1的概率相等。
定义另一个二元随机变量Z ,取Z=YX (一般乘积)。
试计算:1.H (Y )、H (Z );2.H (YZ );3.I (X;Y )、I (Y;Z ); 二、如图所示为一个三状态马尔科夫信源的转移概率矩阵1. 绘制状态转移图;2. 求该马尔科夫信源的稳态分布;3. 求极限熵;三、在干扰离散对称信道上传输符号1和0,已知P (0)=1/4,P(1)=3/4,试求:1. 信道转移概率矩阵P2.信道疑义度3.信道容量以及其输入概率分布 四、某信道的转移矩阵⎥⎦⎤⎢⎣⎡=1.006.03.001.03.06.0P ,求信道容量,最佳输入概率分布。
五、求下列各离散信道的容量(其条件概率P(Y/X)如下:)六、求以下各信道矩阵代表的信道的容量答案一、设X 、Y 是两个相互统计独立的二元随机变量,其取-1或1的概率相等。
定义另一个二元随机变量Z ,取Z=YX (一般乘积)。
试计算:1.H (Y )、H (Z );2.H (XY )、H (YZ );3.I (X;Y )、I (Y;Z ); 解:1. 2i 11111H Y P y logP y log log 2222i i =⎡⎤=-+⎢⎥⎣⎦∑()=-()()=1bit/符号 Z=YX 而且X 和Y 相互独立∴ 1(1)(1)(1)PP X P Y P X ⋅=+=-⋅=-(Z =1)=P(Y=1)= 1111122222⨯+⨯= 2(1)(1)(1)P P X P Y P X ⋅=-+=-⋅=(Z =-1)=P(Y=1)= 1111122222⨯+⨯=故H(Z)= i2i1(z )log (z )i P P =-∑=1bit/符号2.从上式可以看出:Y 与X 的联合概率分布为:H(YZ)=H(X)+H(Y)=1+1=2bit/符号 3.X 与Y 相互独立,故H(X|Y)=H(X)=1bit/符号∴I (X;Y )=H(X)-H(X|Y)=1-1=0bit/符号I(Y;Z)=H(Y)-H(Y|Z)=H(Y)-[H(YZ)-H(Z)]=0 bit/符号二、如图所示为一个三状态马尔科夫信源的转移概率矩阵2. 绘制状态转移图; 2. 求该马尔科夫信源的稳态分布;3. 求极限熵;解:1.状态转移图如右图 2.由公式31()()(|)j iji i p E P E P EE ==∑,可得其三个状态的稳态概率为:1123223313123111()()()()22411()()()2211()()()24()()()1P E P E P E P E P E P E P E P E P E P E P E P E P E ⎧=++⎪⎪⎪=+⎪⎨⎪=+⎪⎪⎪++=⎩1233()72()72()7P E P E P E ⎧=⎪⎪⎪⇒=⎨⎪⎪=⎪⎩3.其极限熵:3i i 13112112111H = -|E =0+0+72272274243228=1+1+ 1.5=bit/7777i P H H H H ∞=⨯⨯⨯⨯⨯⨯∑(E )(X )(,,)(,,)(,,)符号三、在干扰离散对称信道上传输符号1和0,已知P (0)=1/4,P(1)=3/4,试求:2. 信道转移概率矩阵P 2.信道疑义度3.信道容量以及其输入概率分布解:1.该转移概率矩阵为 P=0.90.10.10.9⎡⎤⎢⎥⎣⎦2.根据P (XY )=P (Y|X )⋅P (X ),可得联合概率由P (X|Y )=P(X|Y)/P(Y)可得H(X|Y)=-i jiji j(x y )log x |y =0.09+0.12+0.15+0.035=0.4bit/P P∑,()符号 3.该信道是对称信道,其容量为:C=logs-H=log2-H (0.9,0.1)=1-0.469=0.531bit/符号这时,输入符号服从等概率分布,即01 11()22XP X⎡⎤⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦四、某信道的转移矩阵⎥⎦⎤⎢⎣⎡=1.06.03.01.03.06.0P,求信道容量,最佳输入概率分布。
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一、设X 、Y 就是两个相互统计独立的二元随机变量,其取-1或1的概率相等。
定义另一个二元随机变量Z,取Z=YX(一般乘积)。
试计算:
1、H(Y)、H(Z);
2、H(YZ);
3、I(X;Y)、I(Y;Z); 二、如图所示为一个三状态马尔科夫信源的转移概率矩阵
1. 绘制状态转移图; 2、 求该马尔科夫信源的稳态分布;
3、 求极限熵;
三、在干扰离散对称信道上传输符号1与0,已知P(0)=1/4,P(1)=3/4,试求:
1. 信道转移概率矩阵P 2、信道疑义度 3、信道容量以及其输入概率分布 四、某信道的转移矩阵⎥
⎦
⎤
⎢
⎣⎡=1.006.03.001.03.06.0P ,求信道容量,最佳输入概率分布。
五、求下列各离散信道的容量(其条件概率P(Y/X)如下:)
六、求以下各信道矩阵代表的信道的容量
答案
一、设X 、Y 就是两个相互统计独立的二元随机变量,其取-1或1的概率相等。
定义另一个二元随机变量Z,取Z=YX(一般乘积)。
试计算:
1、H(Y)、H(Z);
2、H(XY)、H(YZ);
3、I(X;Y)、I(Y;Z); 解:1、 2
i 1
1
111H Y P y logP y log log 2222i i =⎡⎤=-+⎢⎥⎣⎦∑()=-
()()=1bit/符号 Z=YX 而且X 与Y 相互独立
∴ 1(1)(1)(1)P
P X P Y P X ⋅=+=-⋅=-(Z =1)=P(Y=1)= 11111
22222⨯+⨯= 2(1)(1)(1)P P X P Y P X ⋅=-+=-⋅=(Z =-1)=P(Y=1)= 11111
22222
⨯+⨯=
故H(Z)= i
2
i
1
(z )log (z )i P P =-∑=1bit/符号
2、从上式可以瞧出:Y 与X 的联合概率分布为:
H(YZ)=H(X)+H(Y)=1+1=2bit/符号 3、
X 与Y 相互独立,故H(X|Y)=H(X)=1bit/符号
∴I(X;Y)=H(X)-H(X|Y)=1-1=0bit/符号
I(Y;Z)=H(Y)-H(Y|Z)=H(Y)-[H(YZ)-H(Z)]=0 bit/符号
二、如图所示为一个三状态马尔科夫信源的转移概率矩阵
2. 绘制状态转移图; 2、 求该马尔科夫信源的稳态分布; 3、 求极限熵;
解:1、状态转移图如右图 2、由公式3
1
()()(|)j i
j
i i p E P E P E
E ==
∑,可得其三个状态的稳态概率为:
1123223313123111()()()()22411()()()2211
()()()24()()()1P E P E P E P E P E P E P E P E P E P E P E P E P E ⎧
=++⎪⎪⎪=+⎪⎨
⎪=+⎪⎪⎪++=⎩
1233()7
2()72()7P E P E P E ⎧=⎪⎪⎪
⇒=⎨⎪⎪
=⎪⎩
3、其极限熵:
3
i i 1
3112112111
H = -|E =0+0+72272274243228
=1+1+ 1.5=bit/7777
i P H H H H ∞=⨯⨯⨯⨯⨯⨯∑(E )(X )(,,)(,,)(,,)
符号
三、在干扰离散对称信道上传输符号1与0,已知P(0)=1/4,P(1)=3/4,试求:
2. 信道转移概率矩阵P 2、信道疑义度 3、信道容量以及其输入概率分布
解:1、该转移概率矩阵为 P=0.90.10.10.9⎡⎤
⎢
⎥
⎣⎦
2、根据P(XY)=P(Y|X)⋅P(X),可得联合概率
由P(X|Y)=P(X|Y)/P(Y)可得
H(X|Y)=-
i j
i
j
i j
(x y )log x |y =0.09+0.12+0.15+0.035=0.4bit/P P
∑,()符号 3、该信道就是对称信道,其容量为:
C=logs-H=log2-H(0、9,0、1)=1-0、469=0、531bit/符号
这时,输入符号服从等概率分布,即0111()22X P X ⎡⎤
⎡⎤⎢
⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦
四、某信道的转移矩阵⎥⎦
⎤
⎢
⎣⎡=1.006.03.001.03.06.0P ,求信道容量,最佳输入概率分布。
解:该信道就是准对称信道,分解为两个互不相交的子信道矩阵 0.60.30.30.6⎡⎤
⎢
⎥
⎣⎦ 0.1000.1⎡⎤⎢⎥⎣⎦
这里110.90.9N M == 22 0.10.1N M == ∴C=logr-H(P 的行矢量)
-
2
k 1
log 1(0.6.3.1)0.9log 0.9-0.1log 0.1K
K N
M H ==--⨯⨯∑,0,0
=0、174bit/符号
这时,输入端符号服从等概率分布,即()X P X ⎡⎤⎢⎥⎣⎦=011122⎡⎤
⎢
⎥⎢
⎥⎣⎦
五、求下列各离散信道的容量(其条件概率P(Y/X)如下:)
六、求以下各信道矩阵代表的信道的容量。