信息论与编码试题
信息论与编码试题集
信息论与编码试题集题目一：1. 请解释以下术语的含义：a) 信源熵b) 信源编码c) 香农定理d) 奈奎斯特准则e) 奇偶校验码2. 在一个二进制对称信道中，如果发送方发送的比特为0，接收方接收到的比特也为0的概率为0.9，发送方发送的比特为1，接收方接收到的比特也为1的概率为0.8。
请计算该信道的信道容量。
题目二：1. 在一个具有4个等概率输出符号的信源中，计算该信源的熵。
2. 一个典型的英文字母出现的概率如下：P(A) = 0.4, P(B) = 0.3, P(C) = 0.2, P(D) = 0.1。
请计算该信源的平均码长以及编码效率。
题目三：1. 请解释Huffman编码的原理及步骤。
2. 使用Huffman编码对以下信源的输出编码：A: 0.3，B: 0.2，C: 0.15，D: 0.1，E: 0.1，F: 0.05，G: 0.05，H: 0.05。
计算编码的平均码长和编码效率。
题目四：1. 请解释线性分组码和卷积码的区别。
2. 针对一个二进制码串11001011，使用以下生成矩阵计算该码串的卷积码：G = [1 1 0 1; 1 0 1 0]。
给出计算过程和最终编码结果。
题目五：1. 请解释码激励方法。
2. 针对一个码激励线性分组码，当收到的码字为101010时，给出该码字的输入和输出码字。
题目六：1. 请解释BCH编码的原理及应用场景。
2. 对一个BCH(n, k)码，当n=15，k=11时，请给出该BCH码的生成矩阵。
题目七：1. 请解释LDPC码以及LDPC码的译码方法。
2. 对于一个n=7，k=4的LDPC码，给出该LDPC码的校验矩阵。
题目八：1. 请比较分组密码与流密码的特点和应用场景。
2. 使用RC4流密码算法对明文"HELLO"进行加密，已知初始密钥为"KEY"，给出加密后的密文。
题目九：1. 请解释区块密码与流密码的工作原理和区别。
信息论与编码试卷及答案
一、概念简答题（每题5分，共40分）1.什么是平均自信息量与平均互信息，比较一下这两个概念的异同？平均自信息为：表示信源的平均不确定度，表示平均每个信源消息所提供的信息量。
平均互信息：表示从Y获得的关于每个X的平均信息量；表示发X前后Y的平均不确定性减少的量；表示通信前后整个系统不确定性减少的量。
2.简述最大离散熵定理。
对于一个有m个符号的离散信源，其最大熵是多少？最大离散熵定理为：离散无记忆信源，等概率分布时熵最大。
最大熵值为3.解释信息传输率、信道容量、最佳输入分布的概念，说明平均互信息与信源的概率分布、信道的传递概率间分别是什么关系？信息传输率R指信道中平均每个符号所能传送的信息量。
信道容量是一个信道所能达到的最大信息传输率。
信息传输率达到信道容量时所对应的输入概率分布称为最佳输入概率分布。
平均互信息是信源概率分布的∩型凸函数，是信道传递概率的U型凸函数。
4.对于一个一般的通信系统，试给出其系统模型框图，并结合此图，解释数据处理定理。
数据处理定理为：串联信道的输入输出X、Y、Z组成一个马尔可夫链，且有，。
说明经数据处理后，一般只会增加信息的损失。
5.写出香农公式，并说明其物理意义。
当信道带宽为5000Hz，信噪比为30dB时求信道容量。
香农公式为，它是高斯加性白噪声信道在单位时间内的信道容量，其值取决于信噪比和带宽。
由得，则6.解释无失真变长信源编码定理。
只要，当N足够长时，一定存在一种无失真编码。
7.解释有噪信道编码定理。
答：当R＜C时，只要码长足够长，一定能找到一种编码方法和译码规则，使译码错误概率无穷小。
8.什么是保真度准则？对二元信源，其失真矩阵，求a>0时率失真函数的和？答：1）保真度准则为：平均失真度不大于允许的失真度。
2）因为失真矩阵中每行都有一个0，所以有，而。
二、综合题（每题10分，共60分）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。
信息论与编码 试卷
一、填空题（30分、每空2分）1、信息论的三大要素是： 、 、 。
2、一个随机事件的不确定度是指： 。
3、某事件发生的概率是0.5，则这个事件的信息量是： 。
4、编码调制的两条基本途径是： 、 。
5、一个全损离散信道的信道容量是： 。
6、已知一个离散信源有8个符号，每个符号出现的概率均一样，则该信源的信源熵是： 。
7、信息表达可通过哪三层实现： 、 、 。
8、（N 、K ）线性码的任意一个码字C 与校验矩阵H 的关系是： 。
9、若(7、4)循环码的生成多项式为g(x)=x +x+1,当信息元为（1101）时其码字为： ，信息元为（0110）时其码字为： 。
二、选择题（20分、每空2分）1、 下列几种离散信源最佳编码方法中编码效率最高的是：A 、香农编码B 、哈夫曼编码C 、费诺编码D 、游程编码2、已知信道模型如下，其信道容量是：A 、 4bitB 、2bitC 、0D 、8bit3、下列离散信道，信道容量最大的是：A 、（1）B 、（2）C 、（3）D 、（4）4、某离散信源的概率空间为{0，0，0，0，0，0，1，0}，其信源熵是：A 、0B 、1bitC 、log8bitD 、log7bit5、已知线性分组码的生成矩阵G= 1 1 1 0 1 0 ，下列哪个码字是禁用码： 1 1 0 0 0 10 1 1 1 0 1A 、000000B 、011101C 、 010110D 、 1110006、（5、2）系统线性码的生成距阵是G = 1 0 1 1 1 ，如果错误图案E=（01000），0 1 1 0 1伴随式是：A 、101B 、110C 、100D 、0117、（7、3）线性分组码有 个伴随式。
A 、 8B 、4C 、16D 、328、最小距离为3的线性分组码，其检错能力为 ，纠错能力是 。
A 、1B 、2C 、 3D 、49、H=（1/6、1/6、1/6、1/6、1/6、1/6）=A 、6bitB 、log6bitC 、2bitD 、4bit三、设随机变量X 和Y 的联合分布如下所示，随机变量Z=X+Y （模2加）试求：（共10分，每题5分）四、有一个9个符号的信源，概率分别为1/4、 1/4 、1/8 、1/8、1/16、 1/16、 1/16 、1/32 、1/32,用二元符号0、1编出费诺码字和哈夫曼码字，并分别求出各码字的平均码长。
计算机科学技术：信息论与编码真题
计算机科学技术：信息论与编码真题1、判断题（江南博哥）狭义的信道编码既是指：信道的检、纠错编码。
答案：对2、填空题信源的消息通过信道传输后的误差或失真越大道传输消息所需的信息率（）。
答案：也越小3、填空题互信息I（X；Y）与信息熵H（Y）的关系为：I（X；Y）（）（大于、小于或者等于）H（Y）。
答案：小于4、判断题互信息量I（X；Y）表示收到Y后仍对信源X的不确定度。
答案：对5、填空题线性分组码是同时具有（）的纠错码。
答案：分组特性和线性特性6、填空题连续信源或模拟信号的信源编码的理论基础是（）。
答案：限失真信源编码定理7、填空题设有一个离散无记忆平稳信道，其信道容量为C，只要待传送的信息传输率R（）C（大于、小于或者等于），则存在一种编码，当输入序列长度n 足够大，使译码错误概率任意小。
答案：小于8、名词解释香农信息答案：信息是事物运动状态或存在方式的不确定性的描述。
9、名词解释码距答案：两个等长码字之间对应码元不相同的数目，称为码距10、单选一珍珠养殖场收获240颗外观及重量完全相同的特大珍珠，但不幸被人用外观相同但重量仅有微小差异的假珠换掉1颗。
一人随手取出3颗，经测量恰好找出了假珠，不巧假珠又滑落进去，那人找了许久却未找到，但另一人说他用天平最多6次能找出，结果确是如此，这一事件给出的信息量（）。
A.0bitB.log6bitC.6bitD.log240bit答案：A11、填空题平均失真度的下限取0的条件是失真矩阵的（）。
答案：每一行至少有一个零元素12、判断题信源编码是提高通信有效性为目的的编码。
答案：对13、判断题最大信息传输速率，即：选择某一信源的概率分布（p（xi）），使信道所能传送的信息率的最大值。
答案：错14、填空题一般情况下，信源编码可以分为（）、（）和（）。
答案：离散信源编码;连续信源编码;相关信源编码15、判断题游程序列的熵（“0”游程序列的熵与“1”游程序列的熵的和）大于等于原二元序列的熵。
信息论与编码考试题(附答案版)
1.按发出符号之间的关系来分，信源可以分为（有记忆信源）和（无记忆信源）2.连续信源的熵是（无穷大），不再具有熵的物理含义。
3.对于有记忆离散序列信源，需引入（条件熵）描述信源发出的符号序列内各个符号之间的统计关联特性3.连续信源X,平均功率被限定为P时，符合（正态）分布才具有最大熵，最大熵是（1/2ln（2 ⅇ 2））。
4.数据处理过程中信息具有（不增性）。
5.信源冗余度产生的原因包括（信源符号之间的相关性）和（信源符号分布的不均匀性）。
6.单符号连续信道的信道容量取决于（信噪比）。
7.香农信息极限的含义是（当带宽不受限制时，传送1bit信息，信噪比最低只需-1.6ch3）。
8.对于无失真信源编码，平均码长越小，说明压缩效率（越高）。
9.对于限失真信源编码，保证D的前提下，尽量减少（R(D)）。
10.立即码指的是（接收端收到一个完整的码字后可立即译码）。
11.算术编码是（非）分组码。
12.游程编码是（无）失真信源编码。
13.线性分组码的（校验矩阵）就是该码空间的对偶空间的生成矩阵。
14.若（n，k）线性分组码为MDC码，那么它的最小码距为（n-k+1）。
15.完备码的特点是（围绕2k个码字、汉明矩d=[（d min-1）/2]的球都是不相交的每一个接受吗字都落在这些球中之一，因此接收码离发码的距离至多为t，这时所有重量≤t的差错图案都能用最佳译码器得到纠正，而所有重量≤t+1的差错图案都不能纠正）。
16.卷积码的自由距离决定了其（检错和纠错能力）。
（对）1、信息是指各个事物运动的状态及状态变化的方式。
（对）2、信息就是信息，既不是物质也不是能量。
（错）3、马尔可夫信源是离散无记忆信源。
（错）4、不可约的马尔可夫链一定是遍历的。
（对）5、单符号连续信源的绝对熵为无穷大。
（错）6、序列信源的极限熵是这样定义的：H(X)=H(XL|X1,X2,…,XL-1)。
（对）7、平均互信息量I(X;Y)是接收端所获取的关于发送端信源X的信息量。
信息论与编码试卷及问题详解
一、（11’）填空题（1）1948年，美国数学家香农发表了题为“通信的数学理论”的长篇论文，从而创立了信息论。
（2）必然事件的自信息是 0 。
（3）离散平稳无记忆信源X的N次扩展信源的熵等于离散信源X的熵的 N倍。
（4）对于离散无记忆信源，当信源熵有最大值时，满足条件为__信源符号等概分布_。
（5）若一离散无记忆信源的信源熵H（X）等于2.5，对信源进行等长的无失真二进制编码，则编码长度至少为 3 。
（6）对于香农编码、费诺编码和霍夫曼编码，编码方法惟一的是香农编码。
（7）已知某线性分组码的最小汉明距离为3，那么这组码最多能检测出_2_______个码元错误，最多能纠正___1__个码元错误。
（8）设有一离散无记忆平稳信道，其信道容量为C，只要待传送的信息传输率R__小于___C（大于、小于或者等于），则存在一种编码，当输入序列长度n足够大，使译码错误概率任意小。
（9）平均错误概率不仅与信道本身的统计特性有关，还与___译码规则____________和___编码方法___有关三、（5'）居住在某地区的女孩中有25%是大学生，在女大学生中有75%是身高1.6米以上的，而女孩中身高1.6米以上的占总数的一半。
假如我们得知“身高1.6米以上的某女孩是大学生”的消息，问获得多少信息量？解：设A表示“大学生”这一事件，B表示“身高1.60以上”这一事件，则P(A)=0.25 p(B)=0.5 p(B|A)=0.75 （2分）故 p(A|B)=p(AB)/p(B)=p(A)p(B|A)/p(B)=0.75*0.25/0.5=0.375 （2分）I(A|B)=-log0.375=1.42bit （1分）四、（5'）证明：平均互信息量同信息熵之间满足I(X;Y)=H(X)+H(Y)-H(XY)证明：()()()()()()()()()()Y X H X H y x p y x p x p y x p x p y x p y x p Y X I X X Y j i j i Y i j i XYi j i j i -=⎥⎦⎤⎢⎣⎡---==∑∑∑∑∑∑log log log; （2分）同理()()()X Y H Y H Y X I -=; （1分） 则()()()Y X I Y H X Y H ;-= 因为()()()X Y H X H XY H += （1分） 故()()()()Y X I Y H X H XY H ;-+=即()()()()XY H Y H X H Y X I -+=; （1分）五、（18’）.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。
信息论与编码试卷及答案分解
信息论与编码试卷及答案分解⼀、（11’）填空题（1）1948年，美国数学家⾹农发表了题为“通信的数学理论”的长篇论⽂，从⽽创⽴了信息论。
（2）必然事件的⾃信息是0 。
（3）离散平稳⽆记忆信源X的N次扩展信源的熵等于离散信源X的熵的N倍。
（4）对于离散⽆记忆信源，当信源熵有最⼤值时，满⾜条件为__信源符号等概分布_。
（5）若⼀离散⽆记忆信源的信源熵H（X）等于2.5，对信源进⾏等长的⽆失真⼆进制编码，则编码长度⾄少为 3 。
（6）对于⾹农编码、费诺编码和霍夫曼编码，编码⽅法惟⼀的是⾹农编码。
（7）已知某线性分组码的最⼩汉明距离为3，那么这组码最多能检测出_2_______个码元错误，最多能纠正___1__个码元错误。
（8）设有⼀离散⽆记忆平稳信道，其信道容量为C，只要待传送的信息传输率R__⼩于___C（⼤于、⼩于或者等于），则存在⼀种编码，当输⼊序列长度n⾜够⼤，使译码错误概率任意⼩。
（9）平均错误概率不仅与信道本⾝的统计特性有关，还与___译码规则____________和___编码⽅法___有关三、（5'）居住在某地区的⼥孩中有25%是⼤学⽣，在⼥⼤学⽣中有75%是⾝⾼1.6⽶以上的，⽽⼥孩中⾝⾼1.6⽶以上的占总数的⼀半。
假如我们得知“⾝⾼1.6⽶以上的某⼥孩是⼤学⽣”的消息，问获得多少信息量？解：设A表⽰“⼤学⽣”这⼀事件，B表⽰“⾝⾼1.60以上”这⼀事件，则P(A)=0.25 p(B)=0.5 p(B|A)=0.75 （2分）故 p(A|B)=p(AB)/p(B)=p(A)p(B|A)/p(B)=0.75*0.25/0.5=0.375 （2分）I(A|B)=-log0.375=1.42bit （1分）四、（5'）证明：平均互信息量同信息熵之间满⾜I(X;Y)=H(X)+H(Y)-H(XY)证明：()()()()()()()()()()Y X H X H y x p y x p x p y x p x p y x p y x p Y X I X X Y j i j i Y i j i XYi j i j i -=---==∑∑∑∑∑∑log log log; （2分）同理()()()X Y H Y H Y X I -=; （1分）则()()()Y X I Y H X Y H ;-= 因为()()()X Y H X H XY H += （1分）故()()()()Y X I Y H X H XY H ;-+=即()()()()XY H Y H X H Y X I -+=; （1分）五、（18’）.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。
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。
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模拟试题一
一、概念简答题（共10题，每题5分）
1.简述离散信源和连续信源的最大熵定理。
2.什么是平均自信息（信息熵）？什么是平均互信息？比较一下两个概念的异同之处。
3.解释等长信源编码定理和无失真变长信源编码定理，说明对于等长码和变长码，最佳码的每符号平均码长最小为多少？编码效率最高可达多少？
4.解释最小错误概率译码准则，最大似然译码准则和最小距离译码准则，说明三者的关系。
5.设某二元码字C={111000，001011，010110，101110}，
①假设码字等概率分布，计算此码的编码效率？
②采用最小距离译码准则，当接收序列为110110时，应译成什么码字？
6.一平稳二元信源，它在任意时间，不论以前发出过什么符号，都按发出符
号，求和平均符号熵
7.分别说明信源的概率分布和信道转移概率对平均互信息的影响，说明平均互信息与信道容量的关系。
8.二元无记忆信源，有求：
（1）某一信源序列由100个二元符号组成，其中有m个“1”，求其自信息量？
（2）求100个符号构成的信源序列的熵。
9.求以下三个信道的信道容量：
，，
10.已知一（3，1，3）卷积码编码器，输入输出关系为：
试给出其编码原理框图。
二、综合题（共5题，每题10分）
1.二元平稳马氏链，已知P（0/0）=0.9，P（1/1）=0.8，求：
（1）求该马氏信源的符号熵。
（2）每三个符号合成一个来编二进制Huffman码,试建立新信源的模型，给出编码结果。
（3）求每符号对应的平均码长和编码效率。
2.设有一离散信道，其信道矩阵为，求：
（1）最佳概率分布？
（2）当，时，求平均互信息信道疑义度
（3）输入为等概率分布时，试写出一译码规则，使平均译码错误率最小，并求此
3.设线性分组码的生成矩阵为，求：
（1）此（n，k）码的n=？k=？，写出此（n，k）码的所有码字。
（2）求其对应的一致校验矩阵H。
（3）确定最小码距，问此码能纠几位错？列出其能纠错的所有错误图样和对应的伴随式。
（4）若接收码字为000110，用伴随式法求译码结果。
4.二元对称信道的信道矩阵为，信道传输速度为1500二元符号/秒，设信源为等概率分布，信源消息序列共有13000个二元符号，问：
（1）试计算能否在10秒内将信源消息序列无失真传送完？
（2）若信源概率分布为，求无失真传送以上信源消息序列至少需要多长时间？
5.已知（7，4）循环码的生成多项式，求：
（1）求该码的编码效率？
（2）求其对应的一致校验多项式
（3）写出该码的生成矩阵，校验矩阵。
（4）若消息码式为，求其码字。
模拟试题一答案
一、概念简答题（共10题，每题5分）
1.答：离散无记忆信源，等概率分布时熵最大。
连续信源，峰值功率受限时，均匀分布的熵最大。
平均功率受限时，高斯分布的熵最大。
均值受限时，指数分布的熵最大。
2.答：平均自信息为
表示信源的平均不确定度，也表示平均每个信源消息所提供的信息量。
平均互信息为
表示从Y获得的关于每个X的平均信息量，也表示发X前后Y的平均不确定性减少的量，还表示通信前后整个系统不确定性减少的量。
3.答：等长信源编码定理：对于任意，只要，则当L足够长时必可使译码差错。
变长信源编码定理：只要，一定存在一种无失真编码。
等长码和变长码的最小平均码长均为，编码效率最高可达100%。
4.答：最小错误概率译码准则下，将接收序列译为后验概率最大时所对应的码字。
最大似然译码准则下，将接收序列译为信道传递概率最大时所对应的码字。
最小距离译码准则下，将接收序列译为与其距离最小的码字。
三者关系为：输入为等概率分布时，最大似然译码准则等效于最小错误概率译码准则。
在二元对称无记忆信道中，最小距离译码准则等效于最大似然译码准则。
5.答：1）
2）令接收序列为，则有，，，
，故接收序列应译为010110。
6.答：
7.答：平均互信息相对于信源概率分布为上凸函数，相对于信道传递概率分布为下凹函数。
平均互信息的最大值为信道容量。
8.答：1）
2）
9.答：P1为一一对应确定信道，因此有。
P2为具有归并性能的信道，因此有。
P3为具有发散性能的信道，因此有。
10.答：
二、综合题（共5题，每题10分）
1.答：1）由得极限概率：
则符号熵为
2）新信源共8个序列，各序列的概率为
信源模型为
一种编码结果（依信源模型中的序列次序）为0，11，1001，1010，1011，10000，100010，100011 3）
2.答：1）是准对称信道，因此其最佳输入概率分布为。
2）当，时，有
则
3）此时可用最大似然译码准则，译码规则为
且有
3.答：1）n=6，k=3，由C=mG可得所有码字为：
000000，001011，010110，011101，100101，101110，110011，111000
2）此码是系统码，由G知，，则
3）由H可知，其任意2列线性无关，而有3列线性相关，故有，能纠一位错。
错误图样E 伴随式
100000 101
010000 110
001000 011
000100 100
000010 010
000001 001
4）由知E＝010000，则
4.答：1）信道容量为
信源序列信息量为
而10秒内信道能传递的信息量为
故不能无失真地传送完。
2）此时信源序列信息量为
信息传输率为
则
5.答：1）
2）
3），而4）
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