北京大学信息论与编码基础2016马猛试题
信息论与编码题库及答案
信息论与编码题库及答案信息论是一门关于信息传输和处理的学科，主要研究信息的传输、存储与处理，以及在信息传输过程中可能产生的各种噪声和干扰。
信息论在近年来得到了广泛的应用，尤其在计算机科学、通信工程、数据处理以及加密技术等领域中得到了广泛应用。
作为信息处理学科的一个分支，编码学是信息论中重要的研究领域之一，主要研究在信息传输的过程中如何将信息进行编码，并在保证高可靠性的同时减少信息传输的开销。
现代编码学研究所涉及到的内容非常广泛，包括错误检测、纠正编码、信息压缩以及密码学等领域。
为了帮助广大信息与通信工程学习者更好地掌握编码理论及其应用，以下总结了一些编码学的题库及答案，供大家参考。
一、错误检测编码1. 什么是奇偶校验码？答：奇偶校验码是一种简单的错误检测编码方式，它采用了消息的一位奇偶性作为编码方式。
具体而言，对于一组位数固定的二进制数，在其中加入一个附加位，使得这组数的位数为偶数。
然后将这些二进制数按照某种规则排列，例如相邻的两位组成一组，计算每组中1的个数。
如果某组中1的个数是偶数，则附加位赋值为0，否则为1。
这样，如果在传输的过程中数据出现了单一位的错误，则会被检测出来。
2. 什么是海明编码？答：海明编码是一种通过添加校验位来实现错误检测和纠正的编码方式。
在海明编码中，校验位的数目为2的k次幂个，其中k 表示数据位中最大1的位置数。
具体而言，将原始信息看作一组二进制数，再将这些数按照某种规则排列，然后按照一定的算法计算出每个校验位的值，并将这些值添加到原始信息中。
在传输的过程中，如果发现了错误的位，则可以通过一系列错误检测和纠正的操作来确定和修复出错的信息位。
二、信息压缩编码1. 什么是霍夫曼编码？答：霍夫曼编码是一种基于无损数据压缩的编码方式，它的特点是可以将原始信息中出现最频繁的字符用最短的二进制码来表示，同时将出现次数较少的字符用较长的二进制码来表示。
具体来说，霍夫曼编码首先对原始信息中的字符进行统计，确定每个字符出现的频率。
信息论与编码习题参考答案(全)
信息论与编码习题参考答案第一章 单符号离散信源同时掷一对均匀的子，试求：(1)“2和6同时出现”这一事件的自信息量； (2)“两个5同时出现”这一事件的自信息量； (3)两个点数的各种组合的熵； (4)两个点数之和的熵；(5)“两个点数中至少有一个是1”的自信息量。
解：bitP a I N n P bit P a I N n P c c N 17.536log log )(361)2(17.418log log )(362)1(36662221111616==-=∴====-=∴===⨯==样本空间：* (3)信源空间：bit x H 32.436log 3616236log 36215)(=⨯⨯+⨯⨯=∴bitx H 71.3636log 366536log 3610 436log 368336log 366236log 36436log 362)(=⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯=∴＋＋ (5) bit P a I N n P 17.11136log log )(3611333==-=∴==?如有6行、8列的棋型方格，若有两个质点A 和B ，分别以等概落入任一方格内，且它们的坐标分别为（Xa ，Ya ）, （Xb ，Yb ）,但A ，B 不能同时落入同一方格内。
（1） 若仅有质点A ，求A 落入任一方格的平均信息量； （2） 若已知A 已落入，求B 落入的平均信息量； （3） 若A ，B 是可辨认的，求A ，B 落入的平均信息量。
解： ！bita P a P a a P a I a P A i 58.548log )(log )()(H 48log )(log )(481)(:)1(481i i i i i ==-=∴=-=∴=∑=落入任一格的概率bitb P b P b b P b I b P A i 55.547log )(log )()(H 47log )(log )(471)(:B ,)2(481i i i i i ==-=∴=-=∴=∑=落入任一格的概率是落入任一格的情况下在已知 bitAB P AB P AB H AB P AB I AB P AB i i i i i i i 14.11)4748log()(log )()()(log )(471481)()3(47481=⨯=-=-=∴⨯=∑⨯=是同时落入某两格的概率从大量统计资料知道,男性中红绿色盲的发病率为7%,女性发病率为%.如果你问一位男士：“你是否是红绿色盲”他的回答可能是：“是”，也可能“不是”。
信息论与编码试卷及答案2
篇一：信息论与编码期末题(全套)〔一〕7、某二元信源一、判断题共 10 小题，总分值 20 分.1. 当随机变量X和Y相互独立时，条件熵H(X|Y)等于信源熵H(X). 〔〕2. 由于构成同一空间的基底不是唯一的，所以不同的基1X0P(X)1/21/2，其失真矩阵0a，那么该信源的Dmax= Da0三、此题共 4 小题，总分值 50 分.1、某信源发送端有2种符号xi(i1,2),p(x1)a；接收端底或生成矩阵有可能生成同一码集.符号 y( j 1 ,2) ，转移概率矩阵为有3 种,3〔〕3.一般情况下，用变长编码得到的平均码长比定长编码大得多. 〔〕4. 只要信息传输率大于信道容量，总存在一种信道编译码，可以以所要求的任意小的误差概率实现可靠的通信〔〕 5. 各码字的长度符合克拉夫特不等式，是唯一可译码存在的充分和必要条件. 〔〕 6. 连续信源和离散信源的熵都具有非负性. 〔〕7. 信源的消息通过信道传输后的误差或失真越大，信宿收到消息后对信源存在的不确定性就越小，获得的信息量就越小. 8. 汉明码是一种线性分组码. 〔〕 9. 率失真函数的最小值是0. 〔〕10.必然事件和不可能事件的自信息量都是0. 〔〕二、填空题共 6 小题，总分值 20 分.1、码的检、纠错能力取决于 .2、信源编码的目的是的目的是 .3、把信息组原封不动地搬到码字前k位的(n,k)码就叫做 .4、香农信息论中的三大极限定理是、、. 5、设信道的输入与输出随机序列分别为X和Y，那么I(XN,YN)NI(X,Y)成立的条件6、对于香农-费诺编码、原始香农-费诺编码和哈夫曼编码，编码方法惟一的是 . iP1/21/201/21/41/4.〔1〕计算接收端的平均不确定度H(Y)；〔2〕计算由于噪声产生的不确定度H(Y|X)；〔3〕计算信道容量以及最正确入口分布. 2、一阶马尔可夫信源的状态转移图2-13图如右图所示，信源X的符号集为{0,1,2}. 〔1〕求信源平稳后的概率分布；〔2〕求此信源的熵；〔 3 〕近似地认为此信源为无记忆时，符号的概率分布为平 X )稳分布.求近似信源的熵H(并与H进行比拟.4 、设二元( 7 , 4 ) 线〔1〕给出该码的一致校验矩阵，写出所有的陪集首和与之相对应的伴随式；)，试计算出其对应的伴随式S并按照最小距离译码准那么试着对其译码. 〔二〕一、填空题〔共15分，每空1分〕1、信源编码的主要目的是，信道编码的主要目的是。
信息论与编码考试题库
第二章习题：补充题：掷色子，（1）若各面出现概率相同（2）若各面出现概率与点数成正比试求该信源的数学模型 解： （1）根据61()1ii p a ==∑，且16()()p a p a ==，得161()()6p a p a ===，所以信源概率空间为123456111111666666⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦P （2）根据61()1i i p a ==∑，且126(),()2,()6p a k p a k p a k ===，得121k =。
123456123456212121212121⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦P 2-2 由符号集{}0,1组成的二阶马尔可夫链，其转移概率为P(0/00)=0.8，P(0/11)=0.2，P(1/00)=0.2， P(1/11)=0.8，P(0/01)=0.5，P(0/10)=0.5，P(1/01)=0.5，P(1/10)=0.5。
画出状态图，并计算各状态的稳态概率。
解：由二阶马氏链的符号转移概率可得二阶马氏链的状态转移概率为： P(00/00)=0.8 P(10/11)=0.2 P(01/00)=0.2 P(11/11)=0.8 P(10/01)=0.5 P(00/10)=0.5 P(11/01)=0.5 P(01/10)=0.5二进制二阶马氏链的状态集S={,1S 432,,S S S }={00，01，10，11}0.80.20.50.50.50.50.20.8⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦P 状态转移图各状态稳定概率计算：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==∑∑==41411i jij i j j WP W W 即 ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=++++++=+++=+++=+++=143214443432421414434333232131342432322212124143132121111W W W W P W P W P W P W W P W P W P W P W W P W P W P W P W w P W P W P W P W W0.8得：14541==W W 14232==W W 即：P(00)=P(11)=145 P(01)=P(10)=1422-6掷两粒骰子，当其向上的面的小圆点数之和是3时，该消息所包含的信息量是多少？当小圆点数之和是7时，该消息所包含的信息量又是多少？ 解：2211111(3)(1)(2)(2)(1)666618(3)log (3)log 18()P P P P P I p ⎧=⋅+⋅=⨯+⨯=⎪⎨⎪=-=⎩比特 226(7)(1)(6)(2)(5)(3)(4)(4)(3)(5)(2)(6)(1)36(7)log (7)log 6()P P P P P P P P P P P P P I p ⎧=⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅=⎪⎨⎪=-=⎩比特2-72-7设有一离散无记忆信源,其概率空间为⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=====⎥⎦⎤⎢⎣⎡81,41,41,833,2,1,04321x x x x P X该信源发出的消息符号序列为(202 120 130 213 001 203 210 110 321 010 021 032 011 223 210),求此消息的自信息量是多少及平均每个符号携带的信息量?解:消息序列中,“0”个数为1n =14,“1”个数为2n =13,“2”个数为3n =12,“3”个数为4n =6. 消息序列总长为N =1n +2n +3n +4n =45(个符号)(1) 消息序列的自信息量: =I ∑==41)(i iix I n -)(log 412i i ix p n∑== 比特81.87)3(log 6)2(log 12)1(log 13)0(log 142222=----p p p p(2) 平均每个符号携带的信息量为:)/(95.14571.87符号比特==N I 2-14 在一个二进制信道中，信息源消息集X={0，1}，且P(1)=P(0),信宿的消息集Y={0，1}，信道传输概率P（1/0）=1/4，P （0/1）=1/8。
信息论与编码习题参考答案(全)
1.8每帧电视图像可以认为是由3×105个像素组成，所以像素均是独立变化，且每像素又取128个不同的亮度电平，并设亮度电平是等概出现。问每帧图像含有多少信息量？若现在有一个广播员，在约10000个汉字中选1000个字来口述这一电视图像，试问若要恰当地描述此图像，广播员在口述中至少需要多少汉字？
解:
2.21设某信道的信道矩阵为
试求：
(1)该信道的信道容量C；
(2)I(a1;Y)；
(3)I(a2;Y)。
解:
2.22设某信道的信道矩阵为
试该信道的信道容量C；
解:
2.23求下列二个信道的信道容量，并加以比较(其中0<p,q<1,p+q=1)
(1)
(2)
解:
2.27设某信道的信道矩阵为
其中P1,P2，…，PN是N个离散信道的信道矩阵。令C1，C2，…，CN表示N个离散信道的容量。试证明，该信道的容量 比特/符号，且当每个信道i的利用率pi＝2Ci-C(i＝1,2,…,N)时达其容量C。
解：
3.7设某信源在开始时的概率分布为P{X0=0}=0.6;P{ X0=1}=0.3; P{ X0=2}=0.1。第一个单位时间的条件概率分布分别是：
P{ X1=0/ X0=0}=1/3; P{X1=1/ X0=0}=1/3; P{ X1=2/ X0=0}=1/3;
P{ X1=0/ X0=1}=1/3; P{ X1=1/ X0=1}=1/3; P{ X1=2/ X0=1}=1/3;
解:
2.3有两个二元随机变量X和Y，它们的联合概率为P[X=0,Y=0]=1/8，P[X=0,Y=1]=3/8，P[X=1,Y=1]=1/8，P[X=1,Y=0]=3/8。定义另一随机变量Z=XY，试计算：
信息论和编码理论习题集答案解析
信息论和编码理论习题集答案解析第二章信息量和熵2.2 八元编码系统，码长为3，第一个符号用于同步，每秒1000个码字，求它的信息速率。
解：同步信息均相同，不含信息，因此每个码字的信息量为2?8log =2?3=6 bit 因此，信息速率为 6?1000=6000 bit/s2.3 掷一对无偏骰子，告诉你得到的总的点数为：(a) 7; (b) 12。
问各得到多少信息量。
解：(1) 可能的组合为 {1，6},{2，5},{3，4},{4，3},{5，2},{6，1} )(a p =366=61 得到的信息量 =)(1loga p =6log =2.585 bit (2) 可能的唯一，为 {6，6} )(b p =361 得到的信息量=)(1log b p =36log =5.17 bit2.4 经过充分洗牌后的一副扑克（52张），问：(a) 任何一种特定的排列所给出的信息量是多少？(b) 若从中抽取13张牌，所给出的点数都不相同时得到多少信息量？解：(a) )(a p =!521 信息量=)(1loga p =!52log =225.58 bit (b) 花色任选种点数任意排列13413!13)(b p =1352134!13A ?=1352134C 信息量=1313524log log -C =13.208 bit2.9 随机掷3颗骰子，X 表示第一颗骰子的结果，Y 表示第一和第二颗骰子的点数之和，Z 表示3颗骰子的点数之和，试求)|(Y Z H 、)|(Y X H 、),|(Y X Z H 、)|,(Y Z X H 、)|(X Z H 。
解：令第一第二第三颗骰子的结果分别为321,,x x x ，1x ，2x ，3x 相互独立，则1x X =，21x x Y +=，321x x x Z ++=)|(Y Z H =)(3x H =log 6=2.585 bit )|(X Z H =)(32x x H +=)(Y H =2?(361log 36+362log 18+363log 12+364log 9+365log 536)+36 6log 6 =3.2744 bit)|(Y X H =)(X H -);(Y X I =)(X H -[)(Y H -)|(X Y H ]而)|(X Y H =)(X H ，所以)|(Y X H = 2)(X H -)(Y H =1.8955 bit 或)|(Y X H =)(XY H -)(Y H =)(X H +)|(X Y H -)(Y H而)|(X Y H =)(X H ，所以)|(Y X H =2)(X H -)(Y H =1.8955 bit ),|(Y X Z H =)|(Y Z H =)(X H =2.585 bit)|,(Y Z X H =)|(Y X H +)|(XY Z H =1.8955+2.585=4.4805 bit2.10 设一个系统传送10个数字，0，1，…，9。
信息论与编码习题参考答案(全)
信息论与编码习题参考答案 第一章 单符号离散信源1.1同时掷一对均匀的子，试求：(1)“2和6同时出现”这一事件的自信息量； (2)“两个5同时出现”这一事件的自信息量； (3)两个点数的各种组合的熵； (4)两个点数之和的熵；(5)“两个点数中至少有一个是1”的自信息量。
解：bitP a I N n P bit P a I N n P c c N 17.536log log )(361)2(17.418log log )(362)1(36662221111616==-=∴====-=∴===⨯==样本空间：(3)信源空间：bit x H 32.436log 3662log 3615)(=⨯⨯+⨯⨯=∴ bitx H 71.3636log 366536log 3610 436log 368336log 366236log 36436log 362)(=⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯=∴＋＋ (5) bit P a I N n P 17.11136log log )(3611333==-=∴==1.2如有6行、8列的棋型方格，若有两个质点A 和B ，分别以等概落入任一方格，且它们的坐标分别为（Xa ，Ya ）, （Xb ，Yb ）,但A ，B 不能同时落入同一方格。
（1） 若仅有质点A ，求A 落入任一方格的平均信息量； （2） 若已知A 已落入，求B 落入的平均信息量； （3） 若A ，B 是可辨认的，求A ，B 落入的平均信息量。
解：bita P a P a a P a I a P A i 58.548log )(log )()(H 48log )(log )(481)(:)1(481i i i i i ==-=∴=-=∴=∑=落入任一格的概率Θbitb P b P b b P b I b P A i 55.547log )(log )()(H 47log )(log )(471)(:B ,)2(481i i i i i ==-=∴=-=∴=∑=落入任一格的概率是落入任一格的情况下在已知ΘbitAB P AB P AB H AB P AB I AB P AB i i i i i i i 14.11)4748log()(log )()()(log )(471481)()3(47481=⨯=-=-=∴⨯=∑⨯=是同时落入某两格的概率1.3从大量统计资料知道,男性中红绿色盲的发病率为7%,女性发病率为0.5%.如果你问一位男士：“你是否是红绿色盲？”他的回答可能是：“是”，也可能“不是”。
信息论与编码试卷
三, 简答题(22 分)
1.简述信息传输系统的五个组成部分及其作用. (10 分) 2.简述 Shannon 关于信息论的三大定理. 分) (6 3.写出 Fano 不等式,并说明其物理意义. 分) (6
四.编码题(共 12 分)
x X 1 1 对信源 = q( x) 6 均码长和编码效率. x2 1 6 x3 1 8 x4 1 8 x5 1 8 x6 1 8 x 7 x8 1 1 设计 D=3 的霍夫曼编码,并求出平 12 12
6. 通信系统形式上传输的是消息,实质上传输的是信息,消息中包含信息. (
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7. 利用标准阵列进行译码时,译码正确的概率大小与陪集首的选择无关. ( 0.5 0.5 0 8. 信道 p ( y / x) = 是准对称信道. 0 0.5 0.5 (
) )
9. 对于同一个信源,香农,费诺和霍夫曼三种编码方法中,费诺编码得到的编码效率 最高. ( ) 10. R(D)=0 表示信源无任何失真. ( )
五.计算题(每小题 8 分,共 24 分)
X x1 x 2 x3 1. 给定信源分布 = ,失真测度矩阵 q( x) 0.3 0.5 0.2
3 2 0 [d ] = 1 0 2 ,求率失真函数的定义域和值域 0 3 1
1 2.已知离散无记忆信道分布 [ p( y / x)] = 3 1 6
对于某个含有 7 个消息的信源, 其熵的最大值为
, 对应为
分布. 型凸函数. ,要纠正
4. 当信道给定,平均互信息量 I(X;Y)是信源概率分布 q(x)的 5. (n,k)线性分组码,要检测 e 个错误,则码的最小距离 d≥
t 个错误,码的最小距离 d≥
. . . 译码