信息理论与编码学习指导 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王虹，刘雪冬 著

图书标签:

• 信息论
• 编码学
• 通信原理
• 信道编码
• 源编码
• 信息论基础
• 编码技术
• 通信工程
• 数字通信
• 学习指南

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115236845

版次：1

商品编码：10487672

包装：平装

丛书名： 21世纪高等院校信息与通信工程规划教材——精品系列

开本：16开

出版时间：2011-02-01

用纸：胶版纸

页数：213

字数：335000

正文语种：中文

内容简介

《信息理论与编码学习指导》是学习和掌握信息理论与编码的教学指导书，与人民邮电出版社出版的吕锋主编的《信息理论与编码(第2版)》相配套，也可作为独立的学习辅导书知其他版本的同类教材配套使。
全书包含了香农信息理论的核心内容，以及网络信息论基础和密码学基础，共章。每章由学习要点、教材习题详解、测试题和实验题组成。可以帮助读者全面认识和快速查找信息理的基本概念和重要知识点，通过练习、测试和实验环节进一步理解信息理论的分析思路、基本定理以及重要论。
本书对概念的梳理条理性强，对习题和测试题的解答详尽，所设计的实验题使读者对信息理论有更加直观的认识。书中的习题和测试题全面覆盖了信息理论的基本概念，题型多样且度适中。此外，还安排了部分英文题目供读者了解信息理论的外文表述。
本书可供高等学校通信类、电子工程类、信息类专业的师生使用，也可作为关科研人员学习信息理论的辅导书。

内页插图

目录

第1章 绪论
1.1 基本要求
1.2 学习要点
1.2.1 信息的僚本概念
1.2.2 信息论的研究对象
1.2.3 信息论的发展历程
1.2.4 信息论的主要研究內容
1.3 教材习题及参考答案
1.4 测验题及参考答案
1.4.1 测验题
1.4.2 测验题参考答案
第2章 信息的度量
2.1 基本要求
2.2 学习要点
2.2.1 信源的分类
2.2.2 信源的数学模型
2.2.3 离散信源的自信息
2.2.4 离散信源的互信息量及其性质
2.2.5 离散信源熵
2.2.6 联合熵和条件熵
2.2.7 各类熵之间的关系
2.2.8 平均互信息量及其性质
2.2.9 离散无记忆扩展信源的熵
2.2.10 离散有记忆信源的熵
2.2.11 马尔可夫信源的信息熵
2.2.12 离散信源的信息率和信息含量效率
2.2.13 连续信源的微分熵和平均互信息量
2.3 教材习题及参考答案
2.4 测验题及参考答案
2.4.1 测验题
2.4.2 测验题参考答案
2.5 实验题及参考程序
2.5.1 实验题
2.5.2 实验题参考程序
第3章 信道模型和信道容量
3 基本要求
3.1 学习要点
3.2.1 信道的分类
3.2.2 信道的数学模型
3.2.3 信道的疑义度、散布度和平均亙信息
3.2.4 信道容量
3.2.5 信道的组合
3.2.6 信道绝对剩余度
3.2.7 连续信道的信道容量
3.2.8 波形信道及其信道容量
3.3 教材习题及参考答案
3.4 测验题及参考答案
3.4.1 测验题
3.4.2 测验题参考答案
3.5 实验题及参考程序
3.5.1 实验题
3.5.2 实验题参考程序
第4章 离散无记忆信源无失真编码
4.1 基本要求
4.2 学习要点
4.2.1 信源编码的基本术语
4.2.2 信源编码的基本概念
4.2.3 定长无失真编码定理
……
第5章 有噪信道编码
第6章 限失真信源编码
第7章 网络信息论基础
第8章 信息安全与密码基础
参考文献

前言/序言

《信息论与编码基础》：解锁数据沟通的奥秘 在信息爆炸的时代，如何高效、准确地存储、传输和处理海量数据，已成为科学技术、工程应用乃至日常沟通的核心挑战。《信息论与编码基础》一书，正是为了系统性地阐释解决这些挑战的理论基石与实用方法而诞生。本书并非仅仅是枯燥的理论堆砌，而是力求以清晰的逻辑、丰富的案例，引导读者深入理解信息传递的本质，并掌握一系列行之有效的编码技术，从而在数字世界的洪流中游刃有余。 本书的核心目标在于构建读者对信息论的完整认知框架，并将其与具体的编码实现紧密联系。信息论，作为一门研究信息量度量、传输、压缩、纠错等问题的学科，为我们理解信息在不同场景下的行为提供了强大的理论工具。而编码，则是将信息转化为一种适合特定目的的表示形式，以达到数据压缩、抗干扰、数据恢复等一系列工程上的要求。这两者相辅相成，共同构成了现代通信、存储、计算等领域不可或缺的基石。 第一部分：信息论的理论基石 本书的开篇，我们将从信息论的源头——信息量的概念入手。在日常生活中，我们常说“信息量很大”，但信息论赋予了这个词以精确的数学定义。我们将深入探讨香农熵（Shannon Entropy），理解它如何量化一个随机变量的不确定性，以及它与信息源的平均信息量之间的关系。这不仅仅是抽象的数学公式，更可以通过生活中的例子，如天气预报的准确度、语言的冗余度等，来直观感受熵的概念。我们将学习如何计算不同信源的熵，理解低熵信源代表着更高的确定性和可预测性，而高熵信源则充满未知，需要更多的信息来描述。 进一步，本书将聚焦于信道容量（Channel Capacity）的概念。信道是信息传输的媒介，它并非完美无瑕，总是伴随着噪声和失真。信道容量，则是在特定信道条件下，能够可靠传输信息的最大速率。理解信道容量的意义在于，它为我们设定了信息传输的理论极限。我们将学习香农噪声限（Shannon Limit），它是衡量通信系统性能的重要标杆，并探讨如何通过调制、编码等技术来逼近这一极限。书中将引入离散无记忆信道（Discrete Memoryless Channels）的模型，如二元对称信道（Binary Symmetric Channel），通过具体的概率模型来分析噪声对信息传输的影响，并计算其信道容量。 此外，本书还将深入研究互信息（Mutual Information）。互信息衡量的是两个随机变量之间共享的信息量，它揭示了信道如何通过传输来减少接收者对发送者信息的不确定性。我们将学习互信息与熵之间的关系，理解它在信息论中的桥梁作用，并探讨其在统计推断、机器学习等领域的应用。 第二部分：编码的原理与实践 在奠定了信息论的理论基础之后，本书将转向编码技术。编码是信息论在工程实践中的具体体现，它直接影响着数据的存储效率、传输可靠性和处理速度。 2.1 数据压缩编码： 数据压缩的目标是在不损失或少量损失信息的前提下，减小数据的大小。我们将从无损压缩（Lossless Compression）开始，深入讲解霍夫曼编码（Huffman Coding）。通过构建最优的前缀码，霍夫曼编码能够为出现频率高的符号分配较短的码字，从而实现高效压缩。本书将详细阐述霍夫曼编码的构建算法，并辅以大量计算实例，让读者能够熟练掌握其原理和应用。 紧接着，我们将介绍算术编码（Arithmetic Coding）。相比于霍夫曼编码，算术编码能够更进一步，将整个消息表示为一个区间内的实数，其压缩效率理论上可以无限接近熵的极限。我们将解析算术编码的编码和解码过程，理解它如何利用概率模型进行编码，并探讨其在实际应用中的优劣势。 对于有损压缩（Lossy Compression），本书将触及如离散余弦变换（DCT）和量化（Quantization）等核心概念，这些技术是JPEG图像压缩、MP3音频压缩等广泛应用的技术的理论基础。我们将分析有损压缩如何通过丢弃人眼或人耳不敏感的信息来达到更高的压缩比，并探讨其带来的失真与压缩率之间的权衡。 2.2 信源编码与信道编码： 信源编码关注的是如何高效地表示信息源，而信道编码则致力于在信息传输过程中抵抗噪声干扰，确保信息的可靠性。 在信源编码方面，除了前述的霍夫曼编码和算术编码，我们还将介绍行程长度编码（Run-Length Encoding, RLE），它适用于数据中存在大量连续相同符号的情况，如图像中的大面积纯色区域。 在信道编码领域，本书将系统性地介绍线性分组码（Linear Block Codes）。我们将从最基础的奇偶校验码（Parity Check Codes）开始，理解其简单的纠错原理。随后，我们将深入讲解汉明码（Hamming Codes），掌握如何设计和解码能够纠正单个比特错误的汉明码。通过生成矩阵（Generator Matrix）和校验矩阵（Parity Check Matrix）的概念，读者将能够理解线性分组码的结构及其数学性质。 进一步，我们将探讨卷积码（Convolutional Codes）。与分组码不同，卷积码的编码输出不仅依赖于当前的输入，还依赖于之前的若干个输入。我们将学习卷积码的编码器结构，以及维特比算法（Viterby Algorithm），这是解码卷积码的经典高效算法。维特比算法通过寻找最可能的码字序列来完成解码，其在现代通信系统中有着广泛的应用。 除了上述基础编码，本书还将介绍循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check, CRC），它是一种强大的错误检测码，广泛应用于网络通信和存储系统中。我们将解析CRC的生成和校验原理，理解其在数据完整性保障方面的作用。 第三部分：信息论与编码的综合应用 在掌握了信息论和编码的基础理论与技术后，本书的最后部分将引导读者将这些知识应用于实际场景。 我们将探讨纠错码（Error-Correcting Codes, ECC）的更高级应用，包括BCH码和里德-所罗门码（Reed-Solomon Codes），它们能够纠正多个比特错误，并在CD、DVD、卫星通信、数据存储等领域扮演着至关重要的角色。我们将分析这些码的结构特性，以及它们在实际系统中的实现方式。 本书还将讨论调制解调（Modulation and Demodulation）与编码的协同作用。信号在信道中传输时，不仅会受到噪声干扰，还会经历频率、幅度等变化。调制技术将数字信号转换为适合在物理信道上传输的模拟信号，而编码则是在此基础上进一步提升传输的可靠性。我们将简要介绍相移键控（PSK）、频率移键控（FSK）、幅度移键控（ASK）等基本调制方式，并探讨如何将编码技术与调制结合，构建更 robust 的通信系统。 此外，我们还将探讨信息论在机器学习、数据挖掘、自然语言处理等前沿领域的应用。例如，信息增益在决策树构建中的作用，KL散度在衡量概率分布相似性中的应用，都离不开信息论的深刻洞察。 本书的特色与价值 《信息论与编码基础》力求做到理论严谨与实践应用并重。书中包含丰富的例题和习题，帮助读者巩固所学知识。我们避免了过于晦涩的数学推导，而是注重概念的清晰阐释和直观理解。同时，我们也会提及一些实际系统中使用的编码方案和标准，让读者能够看到理论如何转化为现实。 本书适合于计算机科学、电子工程、通信工程、数学等相关专业的学生，以及对信息处理、数据安全、通信技术感兴趣的从业人员和研究者。通过阅读本书，您将能够： 深入理解信息论的核心概念：掌握信息量、熵、信道容量等基本原理。 熟练掌握常用的数据压缩编码技术：学会如何高效地减小数据量。 掌握主流的信道编码与纠错技术：了解如何保证信息传输的可靠性。 构建对现代通信系统和数据存储技术的认知：理解信息论与编码在其中扮演的关键角色。 为进一步学习更高级的理论和技术奠定坚实基础。 在这个信息以指数级增长的时代，掌握信息论与编码的知识，不仅是对技术能力的提升，更是对理解数字世界运行规律的深刻洞察。本书将是您开启这段探索之旅的理想伙伴。

评分☆☆☆☆☆

版本一 这本书的封面设计就有一种引人入胜的魔力，深邃的蓝色背景搭配着简洁而富有科技感的字体，仿佛在诉说着信息洪流中的奥秘。当我第一次翻开它，就被那种严谨又不失生动的叙述方式深深吸引。作者在解释那些抽象的概念时，总是能巧妙地运用生活中的例子，比如从信息传播的角度去理解我们日常的交流，甚至是从信息编码的角度去解析音乐的旋律和图像的色彩。这种“化繁为简”的能力，让我这个初次接触信息理论的读者，也能迅速找到切入点，不再感到遥不可及。 书中对于一些核心概念的讲解，比如熵、信道容量、纠错码等，都做了非常详尽的阐述。我尤其欣赏作者在讲解过程中，不仅仅是给出公式和定义，更注重解释这些公式背后的物理意义和实际应用。比如，在讲到信源编码时，作者不仅仅是介绍了霍夫曼编码，还深入分析了它为什么能够实现最优无损压缩，以及在实际文件压缩格式中是如何应用的。这种“知其然，更知其所以然”的讲解方式，让我对信息理论的理解不再停留在表面，而是能够触及到其内在的逻辑和强大之处。 此外，书中还穿插了不少历史故事和科学家的趣闻轶事，让整个学习过程不再枯燥乏味。我了解到香农在信息理论领域的开创性贡献，以及他在面对困难时那种坚韧不拔的精神。这些故事不仅增加了阅读的趣味性，更让我看到了科学家们探索未知世界的那种热情和智慧。这种人文关怀和科学精神的结合，让这本书不仅仅是一本技术类的教材，更是一本能够启迪思想、激发思考的读物。 让我印象深刻的还有书中提供的丰富的习题和案例分析。每一章结束后，都会有不同难度等级的习题，让我能够及时检验学习效果。而那些精心设计的案例分析，则将理论知识与实际应用紧密结合，让我看到了信息理论在通信、数据存储、生物信息学等众多领域的巨大价值。通过这些案例，我仿佛置身于一个充满挑战和创新的技术世界，也更加坚定了自己深入学习信息理论的决心。 总的来说，这本书就像一位循循善诱的良师益友，它不仅教授我知识，更点燃了我对信息科学的兴趣。它用清晰的语言、生动的例子和深刻的洞察力，为我打开了信息理论和编码世界的大门。我相信，这本书将是我未来在这个领域深造过程中，不可或缺的基石。

评分☆☆☆☆☆

版本三 拿起这本《信息理论与编码学习指导》，我首先被它清晰的排版和富有条理的章节划分所吸引。作为一名对信息科学领域初窥门径的学生，我时常感到理论的海洋浩瀚无垠，而这本书则像一座灯塔，为我指引了前进的方向。作者在开篇就对信息理论的重要性进行了深入浅出的阐释，让我很快认识到，信息不仅仅是文字、声音或图像，它是一种更深层次的、能够消除不确定性的概念，而编码则是实现这一过程的关键手段。 书中最让我印象深刻的是作者对于“信息量”的定义和度量方式的讲解。通过引入概率论的工具，他为我们构建了一个量化信息大小的框架。不仅仅是告诉我们“熵”是什么，而是通过各种具体的例子，比如抛硬币、掷骰子，甚至是预测天气，来解释信息熵的计算过程。这种从简单场景到复杂场景的层层递进，让我逐步理解了信息量的本质，以及它与不确定性之间的深刻联系。 在信源编码的部分，作者对各种编码方法的介绍，如变长编码、算术编码等，都配以详细的图示和算法描述。他没有简单地给出公式，而是花了大量篇幅去解释每种编码方法的优缺点，以及它们在实际应用中的适用场景。例如，在讲解霍夫曼编码时，作者不仅展示了如何构建编码树，还分析了为什么这种方法能够实现最优的无损压缩。这种“深度讲解”的方式，让我不仅学会了如何使用这些编码，更理解了它们背后的设计思想。 书中的许多插图和表格都极具价值，它们将抽象的数学模型具象化，使复杂的概念变得易于理解。尤其是在讲解纠错码时，那些用于展示校验过程的表格，直观地展示了如何通过添加冗余来检测和纠正错误。这种可视化教学手段，对于理解这些相对复杂的编码理论非常有帮助。同时，作者在章节末尾设置的思考题，也促使我不断回顾和消化所学内容，进一步加深了理解。 总而言之，这本书以其严谨的逻辑、生动的阐释和丰富的案例，成功地为我构建了一个关于信息理论与编码的扎实基础。它不仅让我掌握了核心概念和技术，更培养了我对信息科学的探究兴趣。我认为，这本书是任何想要深入了解信息理论和编码领域的读者，都不可错过的优秀读物。

评分☆☆☆☆☆

版本二 初拿到这本《信息理论与编码学习指导》，就被其沉甸甸的分量和朴素的书名吸引了。我一直对信息如何被编码、传输和理解的过程充满好奇，但又深感其专业性带来的畏难情绪。然而，这本书在我的手中，逐渐卸下了那层冰冷的学术外衣，展现出了一种更为人性化、更具引导性的特质。作者显然是站在初学者的角度，一步步地铺陈开来，不急不躁，仿佛在为你勾勒一幅清晰的知识蓝图。 书中最令我赞赏的是其对“信息”这一概念的深刻剖析。它不仅仅局限于二进制的0和1，而是从更广阔的视角，探讨了信息在不同媒介、不同形式下的表现。在讲解信源编码的部分，作者运用了大量的类比，将原本复杂的概念形象化。例如，在解释“熵”时，他可能会从打包行李的角度出发，分析如何用最少的词语来描述行李的全部内容，从而让我们直观地理解信息量的概念。这种“落地”的讲解方式，极大地降低了学习门槛，让那些一开始觉得“云里雾里”的术语，变得触手可及。 让我颇为惊喜的是，书中对于“编码”的阐释，并非止步于技术的细节，而是深入到编码背后的哲学思考。作者会引导读者思考，为什么我们需要编码？编码的目的是什么？以及不同编码方式所带来的权衡与取舍。比如，在讲解信道编码时，它不仅仅是介绍前向纠错码的原理，还会探讨为什么在存在噪声的环境下，信息传输的可靠性至关重要，以及如何通过冗余来对抗错误。这种对“为什么”的深入挖掘，让我对编码技术产生了更深层次的认识，也看到了它在保障数据完整性方面的巨大价值。 书中的图示和表格也是一大亮点。它们不是简单的图解，而是经过精心设计，能够直观地展示复杂的数学模型和算法流程。我尤其喜欢那些流程图，它们像是一张张清晰的导航图，带领我穿梭于错综复杂的编码算法之间，让我能够轻松地把握其核心逻辑。此外，书中还会穿插一些历史上的关键节点和重要人物的介绍，这让我在学习枯燥的理论时，也能感受到信息科学发展的脉络和人类智慧的结晶。 总而言之，这本书不仅仅是一本工具书，更像是一次充满启发的学习之旅。它以其独特的方式，将抽象的信息理论与编码知识，编织成了一部易于理解、引人入胜的篇章。读完后，我不仅掌握了基础知识，更对信息科学产生了浓厚的兴趣，并渴望进一步探索其更广阔的应用领域。

评分☆☆☆☆☆

版本四 当我拿到这本《信息理论与编码学习指导》时，首先映入眼帘的是其设计上的一丝不苟，那种理性而又稳重的风格，预示着这是一本内容扎实的学术读物。我一直对数据传输和存储背后的原理感到好奇，尤其是在这个信息爆炸的时代，信息安全和效率变得尤为重要。这本书的出现，恰好满足了我对于这方面知识的需求，并且以一种非常系统化的方式，引领我逐步揭开信息理论的神秘面纱。 其中，关于“信源”与“信道”的区分以及它们在信息传输中所扮演角色的阐述，让我耳目一新。作者并没有将两者割裂开来，而是强调它们之间的相互作用。在讲解信源编码时，他不仅仅局限于压缩，更深入地探讨了如何根据信源的统计特性来设计最优的编码方案。例如，他可能会用一个生动的例子，比如模拟不同频率的信号，来解释为什么并非所有信息都具有同等的重要性，以及如何通过编码来突出关键信息，减少冗余。 让我印象深刻的还有书中对“噪声”的论述。它不仅仅被视为信息传输中的干扰，更被作者赋予了一种“信息损失”的视角。在讲解信道编码时，作者花了很大的篇幅去介绍各种纠错码，比如海明码、卷积码等，并且详细分析了它们的编码原理和纠错能力。他通过大量的表格和图示，生动地展示了如何在接收端检测并纠正由于噪声引起的错误，这让我深刻体会到了编码在保障信息可靠性方面的关键作用。 此外，书中对于信息论的起源和发展历程的介绍，也让我受益匪浅。了解到香农等先驱们是如何在二战的背景下，开创了信息理论这一全新的学科，以及他们是如何在有限的资源下，提出了如此深刻的理论框架。这种历史的回顾，不仅增加了阅读的趣味性，更让我感受到了科学探索的艰辛与伟大。它激励我不仅要学习知识，更要理解知识背后的历史和人文价值。 总而言之，这本书就像一本详尽的“信息技术地图”，它为我描绘出了信息理论和编码的宏观图景，并提供了深入探索的路径。它以其严谨的学术态度和富有启发性的讲解方式，让我对信息科学有了更深刻的认识，并激发了我对这个领域更进一步研究的强烈兴趣。

评分☆☆☆☆☆

版本五 翻开这本书，首先吸引我的便是它那充满学术气息又不失亲和力的语言风格。作为一名对信息理论和编码抱有浓厚兴趣但缺乏系统知识的学习者，我一直在寻找一本能够引领我入门的优秀读物。《信息理论与编码学习指导》恰恰满足了我的这一需求，它用一种循序渐进的方式，将那些原本看似高深的概念，变得生动有趣，易于理解。 书中对于“信息”本身的定义和度量方式，进行了非常细致的阐述。作者并没有直接抛出复杂的数学公式，而是从信息作为“消除不确定性”的工具这一角度出发，通过生活中的各种例子，例如猜谜语、描述一个物体等，来逐步引导读者理解“信息量”的概念。这种“生活化”的讲解方式，让我这个初学者能够快速建立起对信息量的直观认识，并为后续学习更复杂的编码理论打下坚实的基础。 让我颇为欣赏的是，作者在讲解各种编码技术时，不仅仅是停留在算法的介绍，更注重分析这些技术背后的“为什么”。例如，在介绍信源编码的无损压缩技术时，作者会深入分析不同编码方法的优缺点，以及它们在实际应用中的权衡。通过大量的图表和实例，他展示了如何通过变长编码、算术编码等方法，有效地减少信息冗余，从而实现高效的数据存储和传输。这种“深度解析”让我不仅学会了“怎么做”，更理解了“为什么要这样做”。 书中的章节设计也十分合理，每一章在理论讲解之后，都会提供一些精选的练习题，帮助我巩固所学知识。这些题目难度适中，既能检验我对概念的掌握程度，又能引导我将理论应用于实际问题。而且，书中还穿插了一些关于信息理论发展史的介绍，这让我在学习技术知识的同时，也能感受到科学发展的魅力和人类智慧的光辉，为我的学习注入了更多的动力。 总的来说，这本书以其清晰的逻辑、生动的语言和丰富的案例，为我打开了信息理论与编码世界的大门。它不仅传授了我宝贵的知识，更点燃了我对信息科学的求知欲。我相信，这本书将是我在信息理论领域学习道路上，一位不可或缺的得力助手。