信息论与编码第二章习题参考答案
信息论与编码理论习题答案
信息论与编码理论习题答案LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】第二章 信息量和熵八元编码系统，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/s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 = bit (2) 可能的唯一，为 {6，6})(b p =361得到的信息量=)(1logb p =36log = bit 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 = 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 = bit 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= bit )|(X Z H =)(32x x H +=)(Y H=2⨯(361log 36+362log 18+363log 12+364log 9+365log 536)+366log 6= 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 = 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 = bit),|(Y X Z H =)|(Y Z H =)(X H = bit )|,(Y Z X H =)|(Y X H +)|(XY Z H =+= bit设一个系统传送10个数字，0，1，…，9。
(完整版)信息论与编码-曹雪虹-课后习题答案
《信息论与编码》-曹雪虹-课后习题答案 第二章2.1一个马尔可夫信源有3个符号{}1,23,u u u ，转移概率为：()11|1/2p u u =，()21|1/2p uu =，()31|0p u u =，()12|1/3p u u =，()22|0p u u =，()32|2/3p u u =，()13|1/3p u u =，()23|2/3p u u =，()33|0p u u =，画出状态图并求出各符号稳态概率。
解：状态图如下状态转移矩阵为：1/21/201/302/31/32/30p ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭设状态u 1，u 2，u 3稳定后的概率分别为W 1，W 2、W 3由1231WP W W W W =⎧⎨++=⎩得1231132231231112331223231W W W W W W W W W W W W ⎧++=⎪⎪⎪+=⎪⎨⎪=⎪⎪⎪++=⎩计算可得1231025925625W W W ⎧=⎪⎪⎪=⎨⎪⎪=⎪⎩2.2 由符号集{0，1}组成的二阶马尔可夫链，其转移概率为：(0|00)p =0.8，(0|11)p =0.2，(1|00)p =0.2，(1|11)p =0.8，(0|01)p =0.5，(0|10)p =0.5，(1|01)p =0.5，(1|10)p =0.5。
画出状态图，并计算各状态的稳态概率。
解：(0|00)(00|00)0.8p p == (0|01)(10|01)0.5p p ==(0|11)(10|11)0.2p p == (0|10)(00|10)0.5p p == (1|00)(01|00)0.2p p == (1|01)(11|01)0.5p p == (1|11)(11|11)0.8p p == (1|10)(01|10)0.5p p ==于是可以列出转移概率矩阵：0.80.200000.50.50.50.500000.20.8p ⎛⎫ ⎪⎪= ⎪ ⎪⎝⎭状态图为：设各状态00，01，10，11的稳态分布概率为W 1,W 2,W 3,W 4 有411i i WP W W ==⎧⎪⎨=⎪⎩∑ 得 13113224324412340.80.50.20.50.50.20.50.81W W W W W W W W W W W W W W W W +=⎧⎪+=⎪⎪+=⎨⎪+=⎪+++=⎪⎩ 计算得到12345141717514W W W W ⎧=⎪⎪⎪=⎪⎨⎪=⎪⎪⎪=⎩2.3 同时掷出两个正常的骰子，也就是各面呈现的概率都为1/6，求：(1) “3和5同时出现”这事件的自信息； (2) “两个1同时出现”这事件的自信息； (3) 两个点数的各种组合（无序）对的熵和平均信息量；(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的自信息量。
《信息论与编码》习题解答-第二章
《信息论与编码》习题解答第二章 信源熵-习题答案2-1解：转移概率矩阵为：P(j/i)=，状态图为：⎪⎩⎪⎨⎧==∑∑j jj ij ii W W P W 1，⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=++=+=++=1323221313121321233123211W W W W W W W W W W W W 解方程组求得W=2-2求平稳概率符号条件概率状态转移概率解方程组得到 W=2.3 同时掷出两个正常的骰子，也就是各面呈现的概率都为1/6，求： (1) “3和5同时出现”这事件的自信息； (2) “两个1同时出现”这事件的自信息；(3) 两个点数的各种组合（无序）对的熵和平均信息量； (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的自信息量。
解： (1)bitx p x I x p i i i 170.4181log )(log )(18161616161)(=-=-==⨯+⨯=(2)bitx p x I x p i i i 170.5361log )(log )(3616161)(=-=-==⨯=(3)共有21种组合：其中11，22，33，44，55，66的概率是3616161=⨯ 其他15个组合的概率是18161612=⨯⨯symbol bit x p x p X H ii i / 337.4181log 18115361log 3616)(log )()(=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯-=-=∑(4)参考上面的两个点数的排列，可以得出两个点数求和的概率分布如下：symbolbit x p x p X H X P Xii i / 274.3 61log 61365log 365291log 912121log 1212181log 1812361log 3612 )(log )()(36112181111211091936586173656915121418133612)(=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯-=-=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∑(5)bit x p x I x p i i i 710.13611log)(log )(3611116161)(=-=-==⨯⨯=2-4(4)2.5 居住某地区的女孩子有25%是大学生，在女大学生中有75%是身高160厘米以上的，而女孩子中身高160厘米以上的占总数的一半。
信息论编码与基础课后题(第二章)
第二章习题解答2-1、试问四进制、八进制脉冲所含信息量是二进制脉冲的多少倍？ 解：四进制脉冲可以表示4个不同的消息，例如：{0, 1, 2, 3} 八进制脉冲可以表示8个不同的消息，例如：{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7} 二进制脉冲可以表示2个不同的消息，例如：{0, 1} 假设每个消息的发出都是等概率的，则：四进制脉冲的平均信息量symbol bit n X H / 24log log )(1=== 八进制脉冲的平均信息量symbol bit n X H / 38log log )(2=== 二进制脉冲的平均信息量symbol bit n X H / 12log log )(0===所以：四进制、八进制脉冲所含信息量分别是二进制脉冲信息量的2倍和3倍。
2、 设某班学生在一次考试中获优（A ）、良（B ）、中（C ）、及格（D ）和不及格（E ）的人数相等。
当教师通知某甲：“你没有不及格”，甲获得了多少比特信息？为确定自己的成绩，甲还需要多少信息？ 解：根据题意，“没有不及格”或“pass”的概率为54511pass =-=P 因此当教师通知某甲“没有不及格”后，甲获得信息在已知“pass”后，成绩为“优”（A ），“良”（B ），“中”（C ）和“及格”（D ） 的概率相同：41score )pass |()pass |()pass |()pass |(=====D P C P B P A P P 为确定自己的成绩，甲还需信息bits 241loglog score score =-=-=P I 3、中国国家标准局所规定的二级汉字共6763个。
设每字使用的频度相等，求一个汉字所含的信息量。
设每个汉字用一个1616⨯的二元点阵显示，试计算显示方阵所能表示的最大信息。
显示方阵的利用率是多少？解：由于每个汉字的使用频度相同，它们有相同的出现概率，即67631=P 因此每个汉字所含的信息量为bits 7.1267631loglog =-=-=P I 字每个显示方阵能显示256161622=⨯种不同的状态，等概分布时信息墒最大，所以一个显示方阵所能显示的最大信息量是bits 322.054loglog passpass =-=-=P Ibits 25621loglog 256=-=-=P I 阵显示方阵的利用率或显示效率为0497.02567.12===阵字I I η 4、两个信源1S 和2S 均有两种输出：1 ,0=X 和1 ,0=Y ，概率分别为2/110==X X P P ，4/10=Y P ，4/31=Y P 。
最新信息论与编码习题参考答案
第二章习题参考答案2-1解：同时掷两个正常的骰子，这两个事件是相互独立的，所以两骰子面朝上点数的状态共有6×6＝36种，其中任一状态的分布都是等概的，出现的概率为1/36。
(1)设“3和5同时出现”为事件A ，则A 的发生有两种情况：甲3乙5，甲5乙3。
因此事件A 发生的概率为p(A)=(1/36)*2=1/18 故事件A 的自信息量为I(A)=－log 2p(A)=log 218=4.17 bit(2)设“两个1同时出现”为事件B ，则B 的发生只有一种情况：甲1乙1。
因此事件B 发生的概率为p(B)=1/36 故事件B 的自信息量为I(B)=－log 2p(B)=log 236=5.17 bit (3) 两个点数的排列如下：因为各种组合无序，所以共有21种组合： 其中11，22，33，44，55，66的概率是3616161=⨯其他15个组合的概率是18161612=⨯⨯ symbol bit x p x p X H ii i / 337.4181log 18115361log 3616)(log )()(=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯-=-=∑(4) 参考上面的两个点数的排列，可以得出两个点数求和的概率分布：symbolbit x p x p X H X P X ii i / 274.3 61log 61365log 365291log 912121log 1212181log 1812361log 3612 )(log )()(36112181111211091936586173656915121418133612)(=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯-=-=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∑(5)“两个点数中至少有一个是1”的组合数共有11种。
bit x p x I x p i i i 710.13611log)(log )(3611116161)(=-=-==⨯⨯=2-2解：(1)红色球x 1和白色球x 2的概率分布为⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡2121)(21x x x p X i 比特 12log *21*2)(log )()(2212==-=∑=i i i x p x p X H(2)红色球x 1和白色球x 2的概率分布为⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡100110099)(21x x x p X i 比特 08.0100log *100199100log *10099)(log )()(22212=+=-=∑=i i i x p x p X H (3)四种球的概率分布为⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡41414141)(4321x x x x x p X i ，42211()()log ()4**log 4 2 4i i i H X p x p x ==-==∑比特 2-5解：骰子一共有六面，某一骰子扔得某一点数面朝上的概率是相等的，均为1/6。
信息论与编码第2章习题解答
信息论与编码第2章习题解答2.1设有12枚同值硬币，其中⼀枚为假币。
只知道假币的重量与真币的重量不同，但不知究竟是重还是轻。
现⽤⽐较天平左右两边轻重的⽅法来测量（因⽆砝码）。
为了在天平上称出哪⼀枚是假币，试问⾄少必须称多少次？解：分三组，每组4个，任意取两组称。
会有两种情况，平衡，或不平衡。
(1) 平衡：明确假币在其余的4个⾥⾯。
从这4个⾥⾯任意取3个，并从其余8个好的⾥⾯也取3个称。
⼜有两种情况：平衡或不平衡。
a ）平衡：称⼀下那个剩下的就⾏了。
b ）不平衡：我们⾄少知道那组假币是轻还是重。
从这三个有假币的组⾥任意选两个称⼀下，⼜有两种情况：平衡与不平衡，不过我们已经知道假币的轻重情况了，⾃然的，不平衡直接就知道谁是假币；平衡的话，剩下的呢个⾃然是假币，并且我们也知道他是轻还是重。
(2) 不平衡：假定已经确定该组⾥有假币时候：推论1：在知道该组是轻还是重的时候，只称⼀次，能找出假币的话，那么这组的个数不超过3。
我们知道，只要我们知道了该组（3个）有假币，并且知道轻重，只要称⼀次就可以找出来假币了。
从不平衡的两组中，⽐如轻的⼀组⾥分为3和1表⽰为“轻（3）”和“轻（1）”，同样重的⼀组也是分成3和1标⽰为“重（3）”和“重（1）”。
在从另外4个剩下的，也就是好的⼀组⾥取3个表⽰为“准（3）”。
交叉组合为：轻（3） + 重（1）？=======？轻（1） + 准（3）来称⼀下。
⼜会有3种情况：(1)左⾯轻：这说明假币⼀定在第⼀次称的时候的轻的⼀组，因为“重（1）”也出现在现在轻的⼀边，我们已经知道，假币是轻的。
那么假币在轻（3）⾥⾯，根据推论1，再称⼀次就可以了。
(2)右⾯轻：这⾥有两种可能：“重（1）”是假币，它是重的，或者“轻（1）”是假币，它是轻的。
这两种情况，任意取这两个中的⼀个和⼀个真币称⼀下即可。
(3)平衡：假币在“重（3）”⾥⾯，⽽且是重的。
根据推论也只要称⼀次即可。
2.2 同时扔⼀对骰⼦，当得知“两骰⼦⾯朝上点数之和为2”或“⾯朝上点数之和为8”或“骰⼦⾯朝上之和是3和4”时，试问这三种情况分别获得多少信息量？解：设“两骰⼦⾯朝上点数之和为2”为事件A ，则在可能出现的36种可能中，只能个骰⼦都为1，这⼀种结果。
信息论与编码第二章答案
第二章信息的度量2.1信源在何种分布时，熵值最大？又在何种分布时，熵值最小？答：信源在等概率分布时熵值最大；信源有一个为1，其余为0时熵值最小。
2.2平均互信息量I(X;Y)与信源概率分布q(x)有何关系？与p(y|x)又是什么关系？答：若信道给定，I(X;Y)是q(x)的上凸形函数；若信源给定，I(X;Y)是q(y|x)的下凸形函数。
2.3熵是对信源什么物理量的度量？答：平均信息量2.4设信道输入符号集为{x1,x2,……xk}，则平均每个信道输入符号所能携带的最大信息量是多少？答：kk k xi q xi q X H i log 1log 1)(log )()(2.5根据平均互信息量的链规则，写出I(X;YZ)的表达式。
答：)|;();();(Y Z X I Y X I YZ X I 2.6互信息量I(x;y)有时候取负值，是由于信道存在干扰或噪声的原因，这种说法对吗？答：互信息量)()|(log );(xi q yj xi Q y x I ，若互信息量取负值，即Q(xi|yj)<q(xi)，说明事件yi 的出现告知的是xi 出现的可能性更小了。
从通信角度看，视xi 为发送符号，yi 为接收符号，Q(xi|yj)<q(xi)，说明收到yi 后使发送是否为xi 的不确定性更大，这是由于信道干扰所引起的。
2.7一个马尔可夫信源如图所示，求稳态下各状态的概率分布和信源熵。
答：由图示可知：43)|(41)|(32)|(31)|(41)|(43)|(222111110201s x p s x p s x p s x p s x p s x p 即：43)|(0)|(41)|(31)|(32)|(0)|(0)|(41)|(43)|(222120121110020100s s p s s p s s p s s p s s p s s p s s p s s p s s p 可得：1)()()()(43)(31)()(31)(41)()(41)(43)(210212101200s p s p s p s p s p s p s p s p s p s p s p s p得：114)(113)(114)(210s p s p s p )]|(log )|()|(log )|()[()]|(log )|()|(log )|()[()]|(log )|()|(log )|()[(222220202121211111010100000s s p s s p s s p s s p s p s s p s s p s s p s s p s p s s p s s p s s p s s p s p H 0.25（bit/符号）2.8一个马尔可夫信源，已知：0)2|2(,1)2|1(,31)1|2(,32)1|1(x x p x x p x x p x x p 试画出它的香农线图，并求出信源熵。
信息论与编码习题参考答案(全)
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(1)在W4＝011中，接到第一个码字“0”后获得关于a4的信息量I(a4;0)；
(2)在收到“0”的前提下，从第二个码字符号“1”中获取关于a4的信息量I(a4;1/0)；
(3)在收到“01”的前提下，从第三个码字符号“1”中获取关于a4的信息量I(a4;1/01)；
(4)从码字W4＝011中获取关于a4的信息量I(a4;011)。
其中N=2FT,б2X是信号的方差(均值为零),б2N是噪声的方差(均值为零).
再证:单位时间的最大信息传输速率
信息单位/秒
(证明详见p293-p297)
5.12设加性高斯白噪声信道中,信道带宽3kHz,又设{(信号功率+噪声功率)/噪声功率}=10dB.试计算改信道的最大信息传输速率Ct.
解:
5.13在图片传输中,每帧约有2.25×106个像素,为了能很好的重现图像,需分16个量度电平,并假设量度电平等概率分布,试计算每分钟传输一帧图片所需信道的带宽(信噪功率比为30dB).
(2)求信源的极限熵H∞；
(3)求当p=0,p=1时的信息熵，并作出解释。
解:
3.10设某马尔柯夫信源的状态集合S：{S1S2S3}，符号集X：{α1α2α3}。在某状态Si(i=1,2,3)下发发符号αk(k=1,2,3)的概率p(αk/Si) (i=1,2,3; k=1,2,3)标在相应的线段旁,如下图所示.
证明:
3.5试证明：对于有限齐次马氏链，如果存在一个正整数n0≥1，对于一切i，j＝1，2，…，r，都有pij(n0)>0，则对每个j＝1，2，…，r都存在状态极限概率：
(证明详见:p171~175)
3.6设某齐次马氏链的第一步转移概率矩阵为：
信息论与编码习题与答案第二章
第一章信息、消息、信号的定义？三者的关系？ 通信系统的模型？各个主要功能模块及作用？ 第二章信源的分类？自信息量、条件自信息量、平均自信息量、信源熵、不确定度、条件熵、疑义度、噪声熵、联合熵、互信息量、条件互信息量、平均互信息量以及相对熵的概念？计算方法? 冗余度?具有概率为)(x i p 的符号x i 自信息量：)(log )(x x i i p I -= 条件自信息量：)(log )(y x y x iiiip I -=平均自信息量、平均不确定度、信源熵：∑-=ii i x x p p X H )(log )()(条件熵：)(log ),()(),()(y x y x y x y x jijijijijiji p p I p Y X H ∑∑-==联合熵：),(log ),(),(),()(y x y x y x y x ji jiji ji jiji p p I p Y X H ∑∑-==互信息：)()(log)()()()(log),();(y x yx yx y x yy x jiji jiji jijjiji p p p p p p p Y X I ∑∑==熵的基本性质：非负性、对称性、确定性2.3 同时掷出两个正常的骰子，也就是各面呈现的概率都为1/6，求： (1) “3和5同时出现”这事件的自信息； (2) “两个1同时出现”这事件的自信息；(3) 两个点数的各种组合（无序）对的熵和平均信息量； (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的自信息量。
解：(1)bitx p x I x p i i i 170.4181log )(log )(18161616161)(=-=-==⨯+⨯=(2)bit x p x I x p i i i 170.5361log)(log )(3616161)(=-=-==⨯=(3)两个点数的排列如下：11 12 13 14 15 16 21 22 23 24 25 26 31 32 33 34 35 36 41 42 43 44 45 46 51 52 53 54 55 56 6162 63 64 65 66共有21种组合：其中11，22，33，44，55，66的概率是3616161=⨯ 其他15个组合的概率是18161612=⨯⨯symbol bit x p x p X H ii i / 337.4181log 18115361log 3616)(log )()(=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯-=-=∑(4)两个点数求和的概率分布如下：sym bolbit x p x p X H X P X ii i / 274.3 61log 61365log 365291log 912121log 1212181log 1812361log 3612 )(log )()(36112181111211091936586173656915121418133612)(=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯-=-=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∑(5){(1,2),(1,3),(1,4),(1,5),(1,6),(2,1),(3,1),(4,1),(5,1),(6,1),(1,1)}bit x p x I x p i i i 710.13611log)(log )(3611116161)(=-=-==⨯⨯=2.7 设有一离散无记忆信源，其概率空间为123401233/81/41/41/8X x x x x P ====⎛⎫⎛⎫=⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭（1）求每个符号的自信息量（2）信源发出一消息符号序列为{202 120 130 213 001 203 210 110 321 010 021 032 011 223 210}，求该序列的自信息量和平均每个符号携带的信息量 解：122118()log log 1.415()3I x bit p x === 同理可以求得bit x I bit x I bit x I 3)4(,2)3(,2)2(===因为信源无记忆，所以此消息序列的信息量就等于该序列中各个符号的信息量之和 就有：123414()13()12()6()87.81I I x I x I x I x bit =+++=平均每个符号携带的信息量为87.811.9545=bit/符号 2.8 试问四进制、八进制脉冲所含信息量是二进制脉冲的多少倍？解：四进制脉冲可以表示4个不同的消息，例如：{0, 1, 2, 3}八进制脉冲可以表示8个不同的消息，例如：{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7} 二进制脉冲可以表示2个不同的消息，例如：{0, 1} 假设每个消息的发出都是等概率的，则：四进制脉冲的平均信息量symbol bit n X H / 24log log )(1=== 八进制脉冲的平均信息量symbol bit n X H / 38log log )(2=== 二进制脉冲的平均信息量symbol bit n X H / 12log log )(0===所以：四进制、八进制脉冲所含信息量分别是二进制脉冲信息量的2倍和3倍。
信息论与编码课后习题答案
信息论与编码课后习题答案第二章2.3 同时掷出两个正常的骰子，也就是各面呈现的概率都为1/6，求：(1) “3和5同时出现”这事件的自信息； (2) “两个1同时出现”这事件的自信息；(3) 两个点数的各种组合（无序）对的熵和平均信息量； (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的自信息量。
解：(1)bitx p x I x p i i i 170.4181log )(log )(18161616161)(=-=-==⨯+⨯=(2)bitx p x I x p i i i 170.5361log )(log )(3616161)(=-=-==⨯=(3)两个点数的排列如下： 11 12 13 14 15 16 21 22 23 24 25 26 31 32 33 34 35 36 41 42 43 44 45 46 51 52 53 54 55 56 61 62 63 64 65 66共有21种组合：其中11，22，33，44，55，66的概率是3616161=⨯ 其他15个组合的概率是18161612=⨯⨯ symbol bit x p x p X H ii i / 337.4181log 18115361log 3616)(log )()(=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯-=-=∑参考上面的两个点数的排列，可以得出两个点数求和的概率分布如下：symbolbit x p x p X H X P X ii i / 274.3 61log 61365log 365291log 912121log 1212181log 1812361log 3612 )(log )()(36112181111211091936586173656915121418133612)(=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯-=-=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∑(5)bit x p x I x p i i i 710.13611log)(log )(3611116161)(=-=-==⨯⨯=2.42.12 两个实验X 和Y ，X={x 1 x 2 x 3},Y={y 1 y 2 y 3},l 联合概率(),i j ij r x y r =为1112132122233132337/241/2401/241/41/2401/247/24r r r r r r rr r ⎛⎫⎛⎫⎪ ⎪= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭（1） 如果有人告诉你X 和Y 的实验结果，你得到的平均信息量是多少？（2） 如果有人告诉你Y 的实验结果，你得到的平均信息量是多少？（3） 在已知Y 实验结果的情况下，告诉你X 的实验结果，你得到的平均信息量是多少？解：联合概率(,)i j p x y 为 22221(,)(,)log (,)724112log 4log 24log 4247244i j i j ijH X Y p x y p x y ==⨯+⨯+∑=2.3bit/符号X 概率分布 21()3log 3 1.583H Y =⨯=bit/符号(|)(,)() 2.3 1.58H X Y H X Y H Y =-=- Y 概率分布是 =0.72bit/符号 Y y1 y2 y3 P8/248/248/242.15P(j/i)=2.16 黑白传真机的消息元只有黑色和白色两种，即X={黑，白}，一般气象图上，黑色的Y X y1y 2 y 3 x 1 7/24 1/24 0 x 2 1/24 1/4 1/24 x 31/247/24X x 1 x 2 x 3 P8/248/248/24出现概率p(黑)＝0.3，白色出现的概率p(白)＝0.7。
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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”事件的自信息量； （2）“两个1同时出现”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）一个骰子点数记为X ，另一个骰子的点数记做Y ，X 、Y 之间相互独立，且都服从等概率分布，即同理一个骰子点数为3，另一个骰子点数为5属于组合问题，对应的概率为181616161613Y Py 5X Px 5Y Py 3X Px P 1=⨯+⨯===+===）（）（）（）（对应的信息量为比特）（）（17.4181-lb P -I 11===lb（2）两个骰子点数同时为1的概率为）（）（3611Y Py 1X Px P 2==== 对应的信息量为比特）（）（17.5361-lb P -I 22===lb（3）各种组合及其对应的概率如下,6,5,4,3,2,1Y X 3616161Y X P ===⨯==）（共6种可能18161612Y X P =⨯⨯=≠）（ 共有15种可能因此对应的熵或者平均自信息量为34.418118115-3613616-H 1=⨯⨯⨯⨯=）（）（lb lb 比特/符号 （4）令Z=X+Y ，可以计算出Z 对应的概率分布如下对应的熵为符号比特）（）（）（）（）（）（）（/1.914366366-3653652-3643642-3633632-3633632-3623622-361361-2H 1=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=lb lb lb lb lb lb lb （5）X 、Y 相互独立，所以联合熵为比特）（）（597.06162Y X,I =⨯=lb2.2 设在一只布袋中装有100个大小、手感完全相同的球，每个球上涂有一种颜色。
100个球的颜色有下列3种情况：（1）红色球和白色球各50个； （2）红色球99个，白色球1个； （3）红、黄、蓝、白色球各25个。
分别求出从布袋中随意取出一个球时，猜测其颜色所需要的信息量。
解：（1） 两种颜色的球服从等概率分布，即21P P ==白红 对应信息量为1I I ==白红比特（2） 两种颜色的球对应概率分别为10099P =红 1001P =白 对应的概率分别为0145.010099-P -l I ===lbb 红红比特 644.61001-P -I ===lblb 白白比特 （3） 四种球服从等概率分布，因此对应的自信息量为241-I ==lb 比特2.3 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：两粒骰子的点数分别记做X 、Y ， （1）X+Y=3的概率为181616161611Y P 2X P 2Y P 1X P 1Y ,2X P 2Y 1,X P P 1=⨯+⨯===+=====+===）（）（）（）（）（）（ 对应信息量为17.4181-I 1==lb比特 （2）同理可以得出X+Y=7的概率为61P 2=对应信息量为585.261-I 1==lb2.4设有一离散无记忆信源，其概率空间为(1)求每个符号的自信息量；(2) 信源发出一消息符号序列为{202 120 130 213 001 203 210 110 321 010 021 032 011 223 210}, 求该消息序列的自信息量及平均每个符号携带的信息量。
解：（1）每个消息符号对应的信息量为415.183-0I ==lb ）（比特 241-I(2)I(1)===lb 比特 381-)3I(==lb 比特（2）该序列中，4个符号出现的次数分别为14,13,12,6，因此总的信息量为）（）（）（3I 6212I 113I 14I(0)I +++=362122131.41514⨯+⨯+⨯+⨯=81.87=比特2.5试问四进制、八进制脉冲所含的信息量是二进制脉冲的多少倍？ 解：分别为2倍、3倍2.6国际摩尔斯电码用点和划的序列发送英文字母，划用持续3个单位的电流脉冲表示，点用持续1个单位的电流脉冲表示。
其划出现的概率是点出现概率的1/3。
计算：(1) 点和划的信息量； (2)点和划的平均信息量。
解：点划分别记做1a 、2a ，由题意可知)(P 31)(P 21a a = 且1)(P )(P 21=+a a ，于是可以得出41)(P 1=a ，43)(P 2=a ， （1）对应的自信息量分别为2)(P -)I(a 11==a lb 比特 415.0)(P -)I(a 22==a lb 比特（2）平均自信息量为811.0)I(a )(P )I(a )(P H(X 2211=+=a a ）比特/符号2.7 投掷一个正常的硬币直到正面出现为止，令变量X 表示投掷次数，计算熵）H(X 解：一次投币正反两面分别记做1a 、2a ，对应概率分别为5.0)(P )(P 21==a a 那么前X -1次均为反面，第X 次为正面的概率为X 21-X 15.0)(P )(P =a a ，即对应的熵为∑∑∑∞=∞=∞=⨯=⨯==1n n 1n nn1n 0.5n ).50(0.5-)(P Pn -H(X lb lb n ）根据级数的性质，可以计算出2H(X =）符号比特/2.8 两个实验X 和Y ，}x ,x ,{X 321x =，}y ,y ,{Y 321y =，联合概率为(1) 如果有人告诉你X 和Y 的实验结果，你得到的平均信息量是多少？ (2) 如果有人告诉你Y 的实验结果，你得到的平均信息量是多少？(3) 在已知Y 实验结果的情况下，告诉你X 的实验结果，你得到的平均信息量是多少？ 解：(1)联合自信息量为mn n mn lbp p ∑∑==-=31m 31H(XY ）=1.783比特/符号（2）31241247p(y 3121111=+=++=p p p ）3124141241p(y 3222122=++=++=p p p ） 31247241p(y 3323133=+=++=p p p ） 可见服从等概率分布，于是有3H(Y lb =）=1.585比特/符号（3））Y |H(X =）H(XY -）H(Y =0.198比特/符号2.9在一个二进制信道中，信源消息集X ＝{0,1},且(1)(0)p p =,信宿的消息集}{0,1Y =}，信道传输概率(1|0)1/4P y x ===，(0|1)1/8P y x ===。
求(1）在接收端收到0y =后，所提供的关于传输消息x 的平均条件互信息量(;0)I X y =； (2) 该情况所能提供的平均互信息量(;)I X Y 。
解： 由题意可知条件转移概率和联合概率分别为⎥⎦⎤⎢⎣⎡=8/78/14/13/4P X|Y ⎥⎦⎤⎢⎣⎡=16/716/18/13/8P XY （1） 由联合概率可以计算出概率16/716/18/3)0(=+==y p7/616/78/3)0()0;0()0|0(========y p y x p y x p7/1)0|0(-1)0|1(======y x p y x p)()0|()0|X (0)y I(X;10i i x p y i x p lbY i p =======∑= )1()0|1()0|1()0()0|0()0|0(=====+======x p y x p lb y x p x p y x p lby x p408.02/17/17/12/17/67/6=+=lb lb比特/符号 （2） 同理可以计算出16/916/78/1)1(=+==y p 9/216/98/1)1()0;0()1|0(========y p y x p y x p9/7)1|0(-1)1|1(======y x p y x p )1()1|1()1|1()0()1|0()1|0()1y I(X;=====+=======x p y x p lb y x p x p y x p lby x p236.02/19/79/72/19/29/2=+=lb lb比特/符号 )1y )I(X;1(y 0)y 0)I(X;(y Y)I(X;==+===p p311.0236.016/9408.016/7 =⨯+⨯=比特/符号2.10 p 为一个n 维概率矢量，求()H p 的极小值以及取得极小值的条件。
解：概率矢量中，任意1个元素为1，其余元素为0，此时()H p 取得最小值0.2.11 变量X ，Y 的联合概率密度为(,)p x y 分布如下：1/31/4(,)1/61/4p x y ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦求熵()H X ，()H Y ，()H XY ，(|)H X Y 和(;)I X Y . 解：X 的概率分布为1274131)(1=+=a p ，125)(-1)(12==a p a p 所以=-=--=)125(125-)127(127)()()()()(H 2211lb lb a lbp a p a lbp a p X 0.98比特/符号Y 的概率分布为等概率分布，所以有1)(H =Y 比特/符号959.1)41(412)61(61-)31(31)Y (H =⨯+-=lb lb lb X 比特/符号 021.0)Y (H )()(Y)；I(X =-+=X Y H X H 比特/符号959.0)Y ;(I )(H(X}Y)=-=X X H 比特/符号2.12变量X 的概率空间为1201()0.40.6X a a p x ==⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦ 变量Y 取自符号集12{=0,=1}b b , X ,Y 的条件转移矩阵为11211222(|)(|)0.90.1[(/)](|)(|)0.050.995p b a p b a p y x p b a p b a ⎡⎤⎡⎤==⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦求11122122(;),(;),(;),(;)I a b I a b I a b I a b 。
解：∑==21)()|()(ii i j j a p a b p b p)()|()()|()(2211111a p a b p a p a b p b p +=39.06.005.04.09.0)(1=⨯+⨯=b p61.0)(-1)(12==b p b p693.039.09.0)()|();(11111===lb b p a b p lb b a I 比特61.-261.01.0)()|();(21221===lb b p a b p lb b a I 比特29.6-39.005.0)()|();(12112===lb b p a b p lbb a I 比特706.061.0995.0)()|();(22222===lb b p a b p lbb a I 比特2.13有一个二进制信源，对应概率空间为1201()0.50.5X a a p x ==⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦信源输出符号后，经过离散无记忆信道传输到信宿，信宿有三个符号，除了正确接收到的信源符号0，1之外，由于信道干扰存在，还在另一种不确定符号，这样可以用[][]1230,?,1x b b b ====来描述信宿符号集合，其中？表示不确定状态。