信息论与编码试卷C(参考答案)
信息论与编码期末考试题
信息论与编码期末考试题信息论与编码期末考试题（一）一、判断题.1.当随机变量和相互独立时，条件熵等于信源熵.（）2.由于构成同一空间的基底不是唯一的，所以不同的基底或生成矩阵有可能生成同一码集.（）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.（）10.必然事件和不可能事件的自信息量都是.（）二、填空题1、码的检、纠错能力取决于.2、信源编码的目的是；信道编码的目的是.3、把信息组原封不动地搬到码字前位的码就叫做.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和，则成立的条件..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.7、某二元信源，其失真矩阵，则该信源的= .三、计算题.1、某信源发送端有2种符号,；接收端有3种符号，转移概率矩阵为.（1）计算接收端的平均不确定度；（2）计算由于噪声产生的不确定度；（3）计算信道容量以及最佳入口分布.2、一阶马尔可夫信源的状态转移图如右图所示，信源的符号集为.（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稳分布.求近似信源的熵并与进行比较.3、设码符号为，信源空间为试构造一种三元紧致码.4、设二元线性分组码的生成矩阵为.（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；（2）若接收矢量，试计算出其对应的伴随式并按照最小距离译码准则试着对其译码.（二）一、填空题1、信源编码的主要目的是，信道编码的主要目的是2、信源的剩余度主要来自两个方面，一是，二是3、三进制信源的最小熵为，最大熵为4、无失真信源编码的平均码长最小理论极限制为5、当时，信源与信道达到匹配。
信息论与编码试题集与答案
1. 在无失真的信源中，信源输出由 H (X ) 来度量；在有失真的信源中，信源输出由 R (D ) 来度量。
2. 要使通信系统做到传输信息有效、可靠和保密，必须首先 信源 编码， 然后_____加密____编码，再______信道_____编码，最后送入信道。
3. 带限AWGN 波形信道在平均功率受限条件下信道容量的基本公式，也就是有名的香农公式是log(1)C W SNR =+；当归一化信道容量C/W 趋近于零时，也即信道完全丧失了通信能力，此时E b /N 0为 -1.6 dB ，我们将它称作香农限，是一切编码方式所能达到的理论极限。
4. 保密系统的密钥量越小，密钥熵H (K )就越 小 ，其密文中含有的关于明文的信息量I (M ；C )就越 大 。
5. 已知n ＝7的循环码42()1g x x x x =+++，则信息位长度k 为 3 ，校验多项式 h(x)= 31x x ++ 。
6. 设输入符号表为X ＝{0，1}，输出符号表为Y ＝{0，1}。
输入信号的概率分布为p ＝(1/2，1/2)，失真函数为d (0，0) = d (1，1) = 0，d (0，1) =2，d (1，0) = 1，则D min ＝ 0 ，R (D min )＝ 1bit/symbol ，相应的编码器转移概率矩阵[p(y/x )]＝1001⎡⎤⎢⎥⎣⎦；D max ＝ 0.5 ，R (D max )＝ 0 ，相应的编码器转移概率矩阵[p(y/x )]＝1010⎡⎤⎢⎥⎣⎦。
7. 已知用户A 的RSA 公开密钥(e,n )=(3,55)，5,11p q ==,则()φn = 40 ，他的秘密密钥(d,n )＝(27,55) 。
若用户B 向用户A 发送m =2的加密消息，则该加密后的消息为 8 。
四、计算题1.已知(),X Y 的联合概率(),p x y 为： 求()H X ，()H Y ，(),H X Y ，();I X Y解: (0)2/3p x == (1)1/3p x == (0)1/3p y == (1)2/3p y == ()()(1/3,2/3)H X H Y H ===0.918 bit/symbol(),(1/3,1/3,1/3)H X Y H ==1.585 bit/symbol ();()()(,)I X Y H X H Y H X Y =+-=0.251 bit/symbol2.某系统（7，4）码)()(01201230123456c c c m m m m c c c c c c c ==c 其三位校验位与信息位的关系为：231013210210c m m m c m m m c m m m=++⎧⎪=++⎨⎪=++⎩ 01X Y011/31/301/3（1）求对应的生成矩阵和校验矩阵； （2）计算该码的最小距离；（3）列出可纠差错图案和对应的伴随式； （4）若接收码字R =1110011，求发码。
信息论与编码试题集与答案
一填空题（本题20分，每小题2分）1、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。
2、最大离散熵定理为：离散无记忆信源，等概率分布时熵最大。
3、最大熵值为。
4、通信系统模型如下：5、香农公式为为保证足够大的信道容量，可采用（1）用频带换信噪比；（2）用信噪比换频带。
6、只要，当N足够长时，一定存在一种无失真编码。
7、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、在认识论层次上研究信息的时候，必须同时考虑到形式、含义和效用三个方面的因素。
9、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。
按照信息的性质，可以把信息分成语法信息、语义信息和语用信息。
按照信息的地位，可以把信息分成客观信息和主观信息。
人们研究信息论的目的是为了高效、可靠、安全地交换和利用各种各样的信息。
信息的可度量性是建立信息论的基础。
统计度量是信息度量最常用的方法。
熵是香农信息论最基本最重要的概念。
事物的不确定度是用时间统计发生概率的对数来描述的。
10、单符号离散信源一般用随机变量描述，而多符号离散信源一般用随机矢量描述。
11、一个随机事件发生某一结果后所带来的信息量称为自信息量，定义为其发生概率对数的负值。
12、自信息量的单位一般有比特、奈特和哈特。
13、必然事件的自信息是 0 。
14、不可能事件的自信息量是∞。
15、两个相互独立的随机变量的联合自信息量等于两个自信息量之和。
16、数据处理定理：当消息经过多级处理后，随着处理器数目的增多，输入消息与输出消息之间的平均互信息量趋于变小。
17、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。
18、离散平稳有记忆信源的极限熵，。
19、对于n元m阶马尔可夫信源，其状态空间共有 nm 个不同的状态。
信息论与编码试卷及答案
一、概念简答题（每题5分，共40分）二、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。
6.由得，则7.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。
8.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。
9.10.8.什么是保真度准则？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。
11.2）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。
信息论与编码第五章习题参考答案
5.1某离散无记忆信源的概率空间为采用香农码和费诺码对该信源进行二进制变长编码，写出编码输出码字，并且求出平均码长和编码效率。
解：计算相应的自信息量1)()(11=-=a lbp a I 比特 2)()(22=-=a lbp a I 比特 3)()(313=-=a lbp a I 比特 4)()(44=-=a lbp a I 比特 5)()(55=-=a lbp a I 比特 6)()(66=-=a lbp a I 比特 7)()(77=-=a lbp a I 比特 7)()(77=-=a lbp a I 比特根据香农码编码方法确定码长1)()(+<≤i i i a I l a I平均码长984375.164/6317128/17128/1664/1532/1416/138/124/112/1L 1=+=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=由于每个符号的码长等于自信息量，所以编码效率为1。
费罗马编码过程5.2某离散无记忆信源的概率空间为使用费罗码对该信源的扩展信源进行二进制变长编码，(1) 扩展信源长度，写出编码码字，计算平均码长和编码效率。
(2) 扩展信源长度，写出编码码字，计算平均码长和编码效率。
(3) 扩展信源长度，写出编码码字，计算平均码长和编码效率，并且与(1)的结果进行比较。
解：信息熵811.025.025.075.075.0)(=--=lb lb X H 比特/符号 （1）平均码长11=L 比特/符号编码效率为%1.81X)（H 11==L η（2）平均码长为84375.0）3161316321631169（212=⨯+⨯+⨯+⨯=L 比特/符号 编码效率%9684375.0811.0X)（H 22===L η（3）当N=4时，序列码长309.3725617256362563352569442569242562732562732256814=⨯+⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯+⨯+⨯⨯+⨯=L平均码长827.04309.34==L %1.98827.0811.0X)（H 43===L η可见，随着信源扩展长度的增加，平均码长逐渐逼近熵，编码效率也逐渐提高。
信息论与编码期末考试题
信息论与编码期末考试题信息论与编码期末考试题（一）一、判断题. 1. 当随机变量和相互独立时，条件熵等于信源熵. （） 2.由于构成同一空间的基底不是唯一的，所以不同的基底或生成矩阵有可能生成同一码集. （） 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. （） 10.必然事件和不可能事件的自信息量都是. （）二、填空题 1、码的检、纠错能力取决于 . 2、信源编码的目的是；信道编码的目的是 . 3、把信息组原封不动地搬到码字前位的码就叫做. 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和，则成立的条件.. 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 . 7、某二元信源，其失真矩阵，则该信源的= . 三、计算题. 1、某信源发送端有2种符号,；接收端有3种符号，转移概率矩阵为. （1）计算接收端的平均不确定度；（2）计算由于噪声产生的不确定度；（3）计算信道容量以及最佳入口分布. 2、一阶马尔可夫信源的状态转移图如右图所示，信源的符号集为. （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稳分布.求近似信源的熵并与进行比较. 3、设码符号为，信源空间为试构造一种三元紧致码. 4、设二元线性分组码的生成矩阵为. （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；（2）若接收矢量，试计算出其对应的伴随式并按照最小距离译码准则试着对其译码. （二）一、填空题1、信源编码的主要目的是，信道编码的主要目的是。
信息论与编码试题集与答案(新)
一填空题（本题20分，每小题2分）1、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。
2、最大离散熵定理为：离散无记忆信源，等概率分布时熵最大。
3、最大熵值为。
4、通信系统模型如下：5、香农公式为为保证足够大的信道容量，可采用（1）用频带换信噪比；（2）用信噪比换频带。
6、只要，当N足够长时，一定存在一种无失真编码。
7、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、在认识论层次上研究信息的时候，必须同时考虑到形式、含义和效用三个方面的因素。
9、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。
按照信息的性质，可以把信息分成语法信息、语义信息和语用信息。
按照信息的地位，可以把信息分成客观信息和主观信息。
人们研究信息论的目的是为了高效、可靠、安全地交换和利用各种各样的信息。
信息的可度量性是建立信息论的基础。
统计度量是信息度量最常用的方法。
熵是香农信息论最基本最重要的概念。
事物的不确定度是用时间统计发生概率的对数来描述的。
10、单符号离散信源一般用随机变量描述，而多符号离散信源一般用随机矢量描述。
11、一个随机事件发生某一结果后所带来的信息量称为自信息量，定义为 其发生概率对数的负值 。
12、自信息量的单位一般有 比特、奈特和哈特 。
13、必然事件的自信息是 0 。
14、不可能事件的自信息量是 ∞ 。
15、两个相互独立的随机变量的联合自信息量等于 两个自信息量之和 。
16、数据处理定理：当消息经过多级处理后，随着处理器数目的增多，输入消息与输出消息之间的平均互信息量 趋于变小 。
17、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 。
18、离散平稳有记忆信源的极限熵，=∞H )/(lim 121-∞→N N N X X X X H 。
信息论与编码姜丹第三版答案
信息论与编码习题参考答案 第一章单符号离散信源信息论与编码作业是 74页，1.1的(1)(5)，1.3,1.4,1.6,1.13,1.14 还有证明熵函数的 连续性、扩展性、可加性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； ⑷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：样本空间：N =c ；c ； =6 X6 =36n 12(1) R =—”1(a) =—log R =log18=4.17bitN 36 n 2 1(2) F 2 N =36 I (a) = -log F 2 =log36 =5.17bit (3) 信源空间:2 36 1.H(x)=15 log 6 log 36 = 4.32bit36 2 36(4)log 36+ — l og 36 — log 36 — log 迸36 2 36 3 36 4 log 塑 + — log 36 =3.71bit5 36 6 (5) F 3 =匹 二11. 1(a) - Tog F 3 -log 36 =1.17bit N 36 111.2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内，且它2H(r.卫36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：1(1) 幕A落入任一格的概率:P(a i) I (aj =-log P(aJ = log 484848.H(a) - P(a j)log P(aJ = log 48 =5.58biti 41(2) ；在已知A落入任一格的情况下,B落入任一格的概率是：P(bJ = —47.I(b) - -logP(b i) =log4748.H(b) = -' P(b i)log P(b i) =log47 =5.55biti -11 1(3) AB同时落入某两格的概率是P(ABJ二一一48 47.I(ABJ =-log P(AB i)48 47H(AB」-八P(ABJIog P(ABJ =log(48 47)=11.14biti 二1.3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”。
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一、（10分）设信源发出两个消息x1和x2，它们的概率分别为p（x1）=3/4，p（x2）=1/4。
求该信源的熵和冗余度。
解：（1）由信源的熵的计算公式有H（X）=0.81比特。
（2）最大熵出现在等概率情况，这时的熵为1比特。
冗余度为19%。
（1）由信源的熵的计算公式有H（X）=H（13
,
44
）=0.81比特/信源符号。
（2）最大熵出现在等概率情况，即p（x1）=p（x2）=1/2，这时的熵为H（11
,
22
）=1比特。
（3）冗余度为
10.81
0.19
1
γ
-
==。
二、（15分）已知一个信源包含八个符号消息,它们的概率分布如下表,
进行费诺编码并计算信源熵、平均码长以及编码效率。
解：（1）对应的码字分别为00，01，100，101，1100，1101，1110，1111。
（2）信源熵H（S）=2.75比特/信源符号。
（3）平均码长L=2.75码元/信源符号。
（4）编码效率为1。
进行费诺编码并计算信源熵、平均码长以及编码效率。
解：（1）费诺编码如下：
（2）信源熵1
()()i
i H s p s ==-
∑㏒()i
p s =2.75（比特/信源符号）。
（3）平均码长1
() 2.75q i i
i L p s l ===∑（码元/信源符号）。
（4） 编码效率为()
1H S L
η=
=。
三、（15分）以下以码字集合的形式给出2种不同的编码，第一个码的码符号集合为{x ，y ，z}，第二个码为二进制编码, {xx ，xz ，y ，zz ，xyz}；{01，100，011,00,111,1010，1011，1101}，对上面列出的编码分别回答下述问题：
(1)此码码长是否满足Kraft-McMillan 不等式? (2)此码是否是即时码?如果不是，请给出反例。
(3)此码是否是唯一可译码？如果不是，请给出反例。
解：(1)此码不满足克劳夫特不等式：2
332344417
2
2222222116
--------+++++++=
≥； (2) 因为此码不满足克劳夫特不等式，此码不是即时码；
(3) 因为此码不满足克劳夫特不等式，此码不是唯一可译码。
反例：01100序列就可以有两种译法：011，00或01，100，所以不是唯一可译码。
四、（10分）（1）陈述香农狭义信息论解决了哪几个问题？ （2）请详细阐述香农信息论的三个编码定理。
解：（1） 解决了信息的度量问题，给出了其计算表达式。
（2）香农第一编码定理就是无失真变长信源编码定理。
香农第二编码定理即为有噪信道编码定理。
当待传的信息率少于信道容量（R 〈C ）时，只要码长n 足够长，则总存在一种编码可以使译码错误概率任意小。
香农第三编码定理即为限失真信源编码定理。
五、（15分）有二进制对称信道
p=0.01 =0.99
(1) 采用最大似然译码准则确定译码函数, (2) 求出最小平均错误译码概率。
(3) 对该信道进行扩展,采用简单重复编码，000,111, 采用最大似然译码准则确定译码规则。
(4) 求出扩展后的最小平均错误译码概率。
(5) 求出扩展后的信道传输率
六、（15分）设线性分组码的生成矩阵为⎥⎥⎥⎦
⎤⎢⎢⎢⎣⎡=110100011010101001G 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。
七、（10分）若DES 体制中8个S 盒之一的S 6盒选择压缩函数如下：
假设输入S 盒的输入矢量为)101001(=X ，试求通过选择压缩函数S 变换后的输出矢量。
八、（10分）用公开密钥(e,n)=(3,55)将报文BID HIGH 用01=A ，02=B ，…，进行加密。