《信息论》课程介绍
信息论课程教学大纲
信息论课程教学大纲Information Theory一、课程教学目标1、任务和地位：信息论是由Shannon奠基的一门数学学科，它产生于有效而可靠的通信问题中，并获得了广泛应用。
编码技术是信息论的重要分支的基础。
它在通信和计算机工程实践中得到了广泛的应用，成为通信系统设计中的一项通用技术。
通过本课程的学习，使学生对信息理论有一个比较全面和系统的了解，掌握信息论的基本概念和信息论方法，为从事信息科学的研究和应用打下一个坚实的基础。
课程以信号和信道的知识为基础，讲述信息论的基本概念，信源编码、信道编码和伪随机码的基本知识。
2、知识要求：通过一个学期的学习要达到如下要求:1)掌握平均信息量—熵的概念，了解信息论的基本知识和信道容量的计算。
2)掌握信源编码的意义，了解提高信息传输“有效性”的方法，掌握平均码长的计算和最佳信源编码的概念，通过仙农定理导出霍夫曼编码规则。
3)掌握信道编码的意义，了解提高信息传输“可靠性”的方法，掌握纠错编码的基本概念，重点讲解线性分组码的检错能力，介绍卷积码基本概念。
4)掌握伪随机码的基本概念，m序列码的产生及应用。
先修课程：信号与系统、数字逻辑电路、微机原理与应用、通信原理。
3、能力要求：本课程重点是通过讲解信息论与编码技术使学生掌握提高信道传输的“有效性”和“可靠性”的基本理论。
二、教学内容的基本要求和学时分配1.信息论与编码课程教学学时数分配表：2．具体要求第一章绪论[目的要求]了解信息论的产生、发展、应用，为以后学习打下基础[教学内容] 信息论研究的内容，信息的基本概念，通信系统模型及模型中各部分的作用，编码的种类[重点难点] 讲清通信系统模型及模型中各部分的作用。
[教学方法] 书本与多媒体课件相结合[作业] 无[课时] 3学时第二章信源及信源熵[目的要求] 弄清信源及信源熵的概念，深刻理解最大熵定理[教学内容] 信息论的基本概念，包括自信息量、条件自信息量、互信息量、条件互信息量、平均互信息量、单符号熵、熵的性质以及连续信源熵、最大熵定理和随机序列的熵等，解释冗余度的由来及作用[重点难点]重点是信息量、平均信息量、最大熵定理等概念的理解，难点是运用这些概念解决分析问题[教学方法] 书本与多媒体课件相结合，讲授与课堂讨论相结合[作业] 读书笔记一篇[课时] 9学时第三章无失真信源编码[目的要求] 掌握信源编码的意义，掌握最佳信源编码的概念及编码方法[教学内容] 无失真信源编码定理，包括定长编码定理和变长编码定理，详细阐述最佳编码中的香农码、费诺码和霍夫曼码的编码方法及其性能比较[重点难点]重点是香农码、费诺码和哈夫曼码为代表的最佳码的编码方法，难点是对无失真信源编码定理的理解。
信息论讲义_第一讲
• 香农定义的信息也有其局限性，存在一些缺陷
– 定义的出发点是假定事物状态可以用一个以经典集 合论为基础的概率模型来描述。 – 没有考虑收信者的主观特性和主观意义，也撇开了 信息的具体含意、具体用途、重要程度和引起后果 等因素。
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1.1.4 信息、消息与信号
信息： 比较抽象的概念；是系统中传输的对 象；包含在消息之中。 消息：比较具体，但不是物理量；具有不同 形式，例如语言、文字、符号、图像等能够 被人感知；可以传输并被通信双方理解；同 一消息含有不同信息；同一信息可用不同消 息载荷。 信号：最具体，是消息的载荷者；是表示消 息的物理量，可测量、可显示、可描述，是 信息的物理表达层。
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1.1.2 广义的信息概念
信息本身看不见、摸不着，它必须依附于一定的物 质形式（如文字、声波、电磁波等）。这种运载信 息的物质称为信息的载体，一切物质都有可能成为 信息的载体。
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1.1.3 概率信息概念
由美国数学家香农1948年提出，亦称香农信息 基于对通信活动基本功 基于对通信活动对象和 基于对通信活动的机制 或狭义信息。概率信息是从 不确定性 能的观察分析，“通信 过程的分析研究，“信 和本质的分析研究， (Uncertainty) 和概率测度出发定义信息的。 的基本问题是在信宿端 源发出的消息总是从可 “人类只有在两种情况 香农针对人类通信活动的特点，提出了 精确或近似地复制发送 能发生的消息符号集合 下有通信的需求， 1）自 端所挑选的消息。通常 中随机选择，通信系统 己有某种形式的消息要 ① 形式化假说 消息是有语义的，即它 无法预先知道信源在什 告诉对方，且估计对方 ② 非决定论 按某种关系与某些物质 么时候会选择什么消息 不知道； 2）自己有某种 ③ 不确定性 概念的实体联系着。通 发送”，即具有通信意 疑问需要对方给出解答” 信中语义方面的问题与 义的消息都是随机发生 经过通信活动后，消除 工程问题没有关系” 的 了 随机事件，获取了信 不确定性
第一章信息论基础介绍
信号滤波 预测理论
调制 理论
香农 信息论
噪声 理论
统计检测 估计理论
虽然维纳和香农等人都是运用概 率和统计数学的方法研究准确或近似 再现消息的问题，都是通信系统的最 优化问题。但他们之间有一个重要的
区别。
发送
接收
维纳研究的重点是在接收端。研究 消息在传输过程中受到干扰时，在接收 端如何把消息从干扰中提取出来，并建 立了最佳过滤理论（维纳滤波器）、统 计检测与估计理论、噪声理论等。
• 编码目的——提高系统对某一方面的要求 优化系统某一方面的性能指标
课程介绍(续)
• 通信系统主要性能指标——有效性
可靠性
安全性 • 编码分类——
信源编码——提高通信系统的有效性 信道编码——提高通信系统的可靠性
保密编码——保证通信系统的安全性
• 研究——信息的度量(信源熵)、信道容量、信息 率失真函数（香农三定理）、密码学
虚假
不定
6 按照信息的传递方向 前馈 反馈
7 按照信息的生成领域 宇宙
自然 社会 思维
8 按照信息的应用部门
工 农 军 政 科 文 经 市 管 业 业 事 治 技 化 济 场 理
9 按照信息的来源
语 声 图 象 文 字 数 据 计 算
10 按照信息载体的性质
电 磁 语 声 图 象 文 字 光 学 生 物
1
香农信息论
无失真信源 编码定理
信 源 熵
香农信息论
信 道 编 码 密 码 信 源 编 码
1.4 编码理论的发展
1.4.1 无失真信源编码
• 1948年，香农发表“通信的数学理论”，标志着信息论的正 式诞生 • C.E.Shannon, A Mathematical Theory of communication, • Bell System Tech.J, vol.27, PP 379-423, July 1948 • 在前人工作基础上，用概率统计方法研究通信系统 • 揭示：通信系统传递的对象——信息 • 提出：信息熵、信息量 • 指出：通信系统的中心问题—— 噪声背景下如何有效、可靠地传递信息 实现的主要方法——编码 • 提出了无失真信源编码定理、信道编码定理
《信息论基础》教学大纲
《信息论基础》教学大纲《信息论基础》教学大纲课程编号：CE6006课程名称：信息论基础英文名称：Foundation of Information Theory学分/学时：2/32 课程性质：选修课适用专业：信息安全，网络工程建议开设学期：6 先修课程：概率论与数理统计开课单位：网络与信息安全学院一、课程的教学目标与任务本课程是信息安全，网络工程专业选修的一门专业基础课。
通过课程学习，使学生能够较深刻地理解信息的表征、存储和传输的基本理论，初步掌握提高信息传输系统可靠性、有效性、保密性和认证性的一般方法，为后续专业课学习打下坚实的理论基础。
本课程的教学目标：本课程对学生达到如下毕业要求有贡献：1.能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决复杂工程问题。
2.能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达，并通过文献研究分析复杂工程问题，以获得有效结论。
完成课程后，学生将具备以下能力：1.能够针对一个复杂系统或者过程选择一种数学模型，并达到适当的精度。
2.能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理分析、识别、表达、处理及扩展信息安全、网络工程专业的复杂问题。
本课程的性质：本课程是一门理论性较强的专业基础课程，在实施过程中以理论为主，共32学时。
二、课程具体内容及基本要求（一）绪论（2学时）1.基本要求（1）掌握消息、信息和信号；噪声和干扰的基本概念（2）掌握通信系统模型（3）明确Shannon信息论要解决的中心问题2.重点与难点（1）重点：掌握通信系统模型的构成及其相应功能（2）难点：理解Shannon信息论要解决的中心问题3.作业及课外学习要求（1）阅读IEEE IT 1998年信息论50年专刊（2）数字化革命进展-纪念shannon信息论诞生50周年http://202.117.112.49/xxl2/dzjiaoan/95shannon50y.ppt（3）信息论与通信、密码、信息隐藏（一）http://202.117.112.49/xxl2/dzjiaoan/信息论与通信、密码、信息隐藏（一）.ppt （4）信息论与通信、密码、信息隐藏（二）http://202.117.112.49/xxl2/dzjiaoan/信息论与通信、密码、信息隐藏（二）.ppt （5）清华大学朱雪龙“从通信与信号处理观点看信息论研究与应用中的若干问题”http://202.117.112.49/xxl2/dzjiaoan/sponit.mht（二）信息量和熵（8学时）1.基本要求（1）掌握离散随机变量的熵、平均互信息的基本概念及其性质（2）掌握平均互信息的凸性（3）理解信息处理定理2.重点与难点（1）重点：对信息量进行定量描述（2）难点：熵和平均互信息的物理含义及其性质，如何应用熵和平均互信息的基本概念解决实际问题3.作业及课外学习要求熵、平均互信息的计算、信息处理定理等应用（三）离散信源无失真编码（8学时）1.基本要求（1）掌握离散无记忆源等长编码、不等长编码基本概念（2）掌握离散无记忆信源无失真编码定理（3）掌握Huffman编码（4）理解算术编码和LZ编码基本原理2.重点与难点（1）重点：掌握离散无记忆信源无失真编码定理（2）难点：典型序列的概念及其性质、最佳不等长编码3.作业及课外学习要求离散无记忆信源无失真编码定理、无失真信源编码方法（四）信道容量（6学时）1.基本要求（1）掌握信道容量的基本概念（2）掌握离散无记忆信道、组合信道的信道容量计算2.重点与难点（1）重点：掌握信道容量的基本概念及一些特殊信道的容量计算（2）难点：信道的描述方法及信道容量的计算3.作业及课外学习要求信道容量的计算（五）离散信道编码定理（4学时）1.基本要求（1）掌握三种译码准则：最小错误概率译码、最大后验概率译码和最大似然译码（2）了解联合典型序列基本概念（3）理解离散信道编码定理2.重点与难点（1）重点：最大后验概率译码与最大似然译码和离散信道编码定理（2）难点：离散信道编码定理3.作业及课外学习要求译码准则的应用、离散信道编码定理的应用（六）信息论在信息安全中的应用（4学时）1.基本要求（1）了解保密系统模型（2）理解保密、认证的信息理论2.重点与难点（1）重点：完善保密性（2）难点：保密的信息理论3.作业及课外学习要求信息论在信息安全中的应用三、教学安排及方式四、本课程对培养学生能力和素质的贡献点信息论是一门运用概率论与数理统计的方法研究通信系统有效性、可靠性、保密性和认证性等问题的基础课程，也是信息与通信工程、计算机科学与技术、网络空间安全等学科的一门专业基础课程，对毕业要求各指标点的达成主要贡献如下：五、考核及成绩评定方式理论课最终成绩由平时成绩和期末考试成绩组成。
信息论基础教学课件ppt信息论基础概述信息论基础概论
§1.2.1 通信系统模型
例如，奇偶纠错 将信源编码输出的每个码组的尾补一个1或0 当传输发生奇数差错，打乱了“1”数目的奇偶性，就 可以检测出错误。
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§1.2.1 通信系统模型
(a) 无检错
(b) 可检错 (奇校验) (c) 可纠错(纠一个错)
图1.4 增加冗余符号增加可靠性示意图
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§1.2.1 通信系统模型
信源的消息中所包含的信息量 以及信息如何量度
核心 问题
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§1.2.1 通信系统模型
编码器(Encoder)
编码器的功能是将消息变成适合于信道传输的信号 编码器包括：
信源编码器(source encoder) 信道编码器(channel encoder) 调制器(modulator)
信源编码器
信道编码器
调制器
功能：将编码器的输出符号变成适合信道传输的信号 目的：提高传输效率 信道编码符号不能直接通过信道输出，要将编码器的输 出符号变成适合信道传输的信号，例如，0、1符号变成 两个电平，为远距离传输，还需载波调制，例如，ASK， FSK，PSK等。
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§1.2.1 通信系统模型
信道(channel)
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§1.1.2 信息的基本概念
1949年，Weaver在《通信的数学》中解释香农的工 作时，把通信问题分成三个层次： 第一层：通信符号如何精确传输？（技术问题） 第二层：传输的符号如何精确携带所需要的含义？（语义问题） 第三层：所接收的含义如何以所需要的方式有效地影响行为？ （效用问题）
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§1.1.2 信息的基本概念
§1.1.2 信息的基本概念
信息的三个基本层次：
语法(Syntactic)信息 语义(Semantic) 信息 语用(Pragmatic)信息
《信息论》课程介绍
《信息论》课程介绍摘要：1.课程背景与意义2.课程内容与结构3.教学方式与要求4.课程收获与建议正文：一、课程背景与意义在信息技术飞速发展的今天，信息论这门学科显得越来越重要。
我国高校为了培养具有扎实理论基础和实际应用能力的信息技术人才，纷纷开设了《信息论》课程。
本课程旨在帮助学生掌握信息论的基本概念、理论和方法，提高学生在信息处理、传输和分析等方面的能力。
二、课程内容与结构《信息论》课程内容涵盖了信息论的基本原理、信息论编码、信道编码、数据压缩、加密与安全等方面的知识。
课程结构分为理论教学和实践教学两个部分。
理论教学主要包括信息论的基本概念、信息量度、信道编码、概率论基础等内容；实践教学则通过实验、实习等环节，使学生能够将所学理论知识应用于实际问题中。
三、教学方式与要求本课程采用讲授、讨论、案例分析、实践等多种教学方式。
教师在课堂上以讲解、演示和互动讨论的形式进行教学，要求学生认真听讲、积极参与，课下完成作业和实践项目。
为了保证教学质量，课程实行淘汰制，要求学生参加期末考试和实践考核。
四、课程收获与建议通过本课程的学习，学生将能够掌握信息论的基本原理和方法，具备分析、设计和解决信息处理、传输和分析方面问题的能力。
此外，课程还注重培养学生的创新意识、团队协作和沟通能力。
针对本课程，建议学生做好以下几点：1.认真听讲，及时消化吸收课堂知识；2.积极参与课堂讨论，提高自己的思维能力和解决问题的能力；3.认真完成作业和实践项目，巩固所学知识；4.关注行业发展动态，将所学理论知识与实际应用相结合。
总之，《信息论》课程对于培养信息技术人才具有重要意义。
《信息论》课程介绍
《信息论》课程介绍摘要：一、课程背景二、课程目标三、课程内容1.信息论基本概念2.信息熵与信息量3.信道容量与信源编码4.信道编码与解码5.信息论在实际应用中的发展四、课程学习方法与要求正文：《信息论》课程是一门理论性较强的课程，主要研究信息传输、信息处理、信号检测等领域的基本理论。
通过本课程的学习，学生将掌握信息论的基本概念、基本原理和计算方法，了解信息论在实际应用中的发展，提高解决实际问题的能力。
一、课程背景信息论是20 世纪40 年代由香农（Claude Shannon）创立的，它是一门研究信息、通信、计算等领域的理论基础。
信息论不仅关注信息的量度，还关注信息传输的效率和可靠性等问题。
随着信息技术的迅速发展，信息论已成为现代通信技术、数据压缩、信号处理等领域的理论基石。
二、课程目标通过本课程的学习，学生将能够：1.理解信息论的基本概念、基本原理和计算方法；2.掌握信息熵、信息量、信道容量等基本概念，并会进行计算；3.了解信源编码、信道编码和解码的基本原理和方法；4.熟悉信息论在实际应用中的发展，提高解决实际问题的能力。
三、课程内容本课程主要包括以下内容：1.信息论基本概念：包括信息、熵、信息量、信道容量等基本概念，以及它们之间的关系。
2.信息熵与信息量：详细介绍信息熵的定义、性质和计算方法，以及信息量的概念和计算方法。
3.信道容量与信源编码：介绍信道容量的定义、性质和计算方法，以及信源编码的基本原理和方法。
4.信道编码与解码：介绍信道编码的基本原理和方法，以及解码的原理和过程。
5.信息论在实际应用中的发展：介绍信息论在通信技术、数据压缩、信号处理等领域的应用和发展。
四、课程学习方法与要求1.认真阅读教材，掌握课程的基本概念、基本原理和计算方法；2.积极参与课堂讨论，提高解决实际问题的能力；3.完成课后习题，巩固所学知识；4.结合实际应用，加深对课程内容的理解。
信息论基础教学教案-信息论知识总结
送端发送 ai 的概率，称为后验概率。收信者获得的信息量定义为互信息， 即收信者在收到消息（符号）b j 后，已经消除的关于 ai 的不确定性。因此， 互信息就是先验的不确定性减去尚存在的不确定性，其定义为
I
(ai
;bj
)
log
1 P(ai
)
log
1 P(ai
bj
)
3
《信息论基础》教案
本节小结
1. 消息和信息的概念以及信息、消息和信号之间的关系
2. 香农信息的含义和度量
自信息
I (ai
)
log
1 P(ai
)
log
P(ai
)
互信息
I
(ai
;
bj
)
log
1 P(ai
)
log
1 P(ai
bj
)
教学方法 时 和手段 间
利用多媒 体演示， 分条目进 10 行总结
4
《信息论基础》教案
教学章节 教学目的
教学内容 教学重点 教学难点
教学方式
授课时间
第一章绪论 1. 理解信息论的研究对象、目的和内容 2. 了解信息论的发展简史与现状 1. 信息论的研究对象、目的和内容 2. 信息论的发展简史与现状 1. 信息论的研究对象、目的和内容 1. 信息论的研究对象、目的和内容 以多媒体电子教案为主讲解主要内容，以板书为辅将知识点和方法明确化； 采取结合例子 讲授、逐 步深入、分 析的方法 进行讲解， 并着重强 调各种概 念的物理意义。 1 学时
状态（是否正确和可靠），因此，消息是千变万化的、不规则的以及 学生，讲解
随机的。
信息和消息
2、信息
概念，以及
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《信息论》课程介绍
【原创实用版】
目录
1.信息论的定义与重要性
2.信息论的发展历程
3.信息论的应用领域
4.《信息论》课程的主要内容
5.学习信息论的意义与价值
正文
1.信息论的定义与重要性
信息论是一门研究信息传输、存储、处理和利用的学科，它涉及数学、统计学、计算机科学、通信技术等多个领域。
在信息时代，信息论为我们提供了理论基础和技术方法，以实现信息的高效、安全、可靠传输和处理。
信息论在现代通信、计算机科学、数据挖掘、密码学等领域具有重要意义。
2.信息论的发展历程
信息论的发展始于 20 世纪 40 年代，美国数学家香农（Claude Shannon）发表了著名的《通信的数学理论》，奠定了信息论的理论基础。
此后，信息论在通信技术、计算机科学等领域得到广泛应用和发展。
如今，信息论已经成为一门重要的学科，吸引了众多学者和研究者。
3.信息论的应用领域
信息论在许多领域都有广泛的应用，例如通信技术、计算机科学、数据挖掘、密码学、机器学习等。
在通信技术方面，信息论为无线通信、光纤通信等提供了理论支持；在计算机科学方面，信息论为数据压缩、数据加密等技术提供了理论依据；在数据挖掘方面，信息论为数据分析、知识发现等提供了有效方法。
4.《信息论》课程的主要内容
《信息论》课程主要涉及以下几个方面的内容：
（1）信息论的基本概念和定义，包括信息的定义、熵的定义、信息传输速率等；
（2）信息论的基本理论，包括香农定理、信源编码、信道编码等；
（3）信息论的基本方法，包括数据压缩、数据加密、信道编码等；
（4）信息论的应用领域，包括通信技术、计算机科学、数据挖掘、密码学等。
5.学习信息论的意义与价值
学习信息论具有重要的意义和价值，它可以帮助我们更好地理解信息的传输、存储、处理和利用，提高我们在信息时代的竞争力。
此外，信息论也为我们提供了理论基础和技术方法，以实现信息的高效、安全、可靠传输和处理。