高等院校信息与通信工程系列教材：信息论与编码 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王勇，黄雄华，蔡国永 著，王勇，黄雄华，蔡国永 编

图书标签:

• 信息论
• 编码
• 通信工程
• 信息与通信工程
• 高等教育
• 教材
• 理论基础
• 信道编码
• 数据压缩
• 数字通信

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302316091

版次：1

商品编码：11238292

品牌：清华大学

包装：平装

丛书名： 高等院校信息与通信工程系列教材

开本：16开

出版时间：2013-03-01

用纸：胶版纸

页数：359

字数：585000

正文语种：中文

内容简介

　　《高等院校信息与通信工程系列教材：信息论与编码》对信息论的基本概念（熵、平均互信息量、信道容量，信息率失真函数）以及与此相对的香农三大极限编码定理（无失真信源编码定理、限失真信源编码定理和信道编码定理）做了系统的介绍，并以信息论为基础，介绍了信源编码、信道编码和加密编码的基本原理和方法，对一些具体编码方法的现实应用和编程实现也做了简单的介绍，最后，对相关领域的发展进行了概述和展望，在附录中还给出了一些科研与创新的相关经验。
　　《高等院校信息与通信工程系列教材：信息论与编码》注重启发式的教学，注重创新能力的培养，对难于理解的信息论与编码的关键性问题，给出了思考提示，在编写方式上进行了创新，采用不同字体区分不同内容，为读者留出了创新空间。
　　《高等院校信息与通信工程系列教材：信息论与编码》适用于高等院校信息工程、通信工程、雷达、信息安全、计算机、电子学、信息与计算科学等相关专业的本科生、研究生的教学，也可以用于教学、科研和工程的参考。

内页插图

目录

第1章 绪论
1.1 信息技术的优势及其带来的根本变革
1.2 信息论与编码的基本概念
1.2.1 信息的一般概念
1.2.2 香农的信息定义
1.2.3 信息的其他定义
1.2.4 信息论与编码技术发展历程
1.2.5 香农生平和学术风格
1.2.6 若干基本问题及其锦囊
1.3 数字通信系统模型
1.4 信息论与编码理论研究的主要内容和意义
1.4.1 信息论研究的主要内容
1.4.2 香农信息论对信道编码的指导意义
1.4.3 香农信息论对信源编码的指导意义
1.4.4 香农信息论对加密编码的指导意义
1.5 香农信息论的重要观点与方法
1.6 全程思考题
思考题与习题

第2章 信源及信息度量
2.1 信源的数学模型和分类
2.1.1 离散无记忆信源
2.1.2 离散有记忆信源
2.1.3 马尔可夫信源
2.1.4 连续信源
2.2 离散信源熵和互信息
2.2.1 自信息量
2.2.2 信源熵
2.2.3 条件熵
2.2.4 联合熵
2.2.5 熵函数的性质
2.2.6 互信息与平均互信息量
2.2.7 互信息与平均互信息量的性质
2.2.8 数据处理中信息的变化
2.3 离散序列信源的熵
2.3.1 离散无记忆信源的序列熵
2.3.2 离散有记忆信源的序列熵
2.3.3 马尔可夫信源的序列熵
2.4 连续信源的熵和互信息
2.4.1 幅度连续的单个符号的信源熵
2.4.2 波形信源熵
2.4.3 最大熵定理
2.5 冗余度
2.6 最大熵原理
2.7 关于熵的概念理解与题意解读
思考题与习题

第3章 信道及其容量
3.1 信道的数学模型与分类
3.1.1 信道的分类
3.1.2 信道的数学模型与参数
3.2 信道疑义度与平均互信息量
3.3 信息传输率与信道容量
3.4 离散单个符号信道的信道容量
3.4.1 特殊离散信道
3.4.2 对称DMC信道
3.4.3 准对称DMC信道
3.4.4 具有可逆矩阵信道
3.4.5 一般DMC信道
3.5 离散无记忆序列信道的信道容量
3.6 串联信道和并联信道的信道容量
3.6.1 串联信道及其信道容量
3.6.2 并联信道及其信道容量
3.7 连续信道及其容量
3.7.1 连续单符号加性信道
3.7.2 多维无记忆加性连续信道
3.7.3 限时限频限功率的加性高斯白噪声信道
3.8 信源与信道的匹配
3.9 信道编码定理简介
思考题与习题

第4章 无失真信源编码
4.1 编码器和相关概念
……

第5章 信息率失真函数与限失真编码
第6章 信道编码
第7章 加密编码
第8章 香农信息论的局限性与发展展望
第9章 信息论与编码技术的实现与应用
附录 寄语及学习研究的经验和方法分享
参考文献

前言/序言

　　信息论与编码是一门比较理论化的科学，涉及大量的数学分析、论证和建模，对数学的要求高，涉及概率论、线性代数、微积分等。对于不善于领悟的同学，可能会觉得它枯燥无味；而对于善于领悟的同学，则会有如鱼得水的感觉。信息论是对信息问题的抽象，应用面和涉及面广，许多问题都可以归结为信息论问题，但是由于其中涉及数学建模太多，局限性也多。这对于学生，特别是对于本科生而言，是具有一定难度的。当今的某些课程，包括数学等，经历课时数的压缩，课时也有所缩短。在这样的情况下，针对昔日本科生的教学大纲和教材，对于经过扩招以后的大学生而言，显得更加枯燥无味、艰涩难懂。为了促进学生对于相关数学问题的理解，我们将信息论与编码中的关键性、全局性的问题进行了提炼，设计了一些全程问题，并且将复杂的问题分解为若干问题及其锦囊，通过逐步提示和启发的方式来促进学生的理解。当然对于一些问题的分解并不太让人满意，权作为抛砖引玉。
　　虽然直观地看，书本上的数学公式枯燥无味，但是如果能够善于思考和洞察问题的本质，就会发现，数学问题是那样美妙、有趣，数字的规律有时候也是严整有序的。
　　根据学生对以往的信息论与编码类教材的反馈意见，我们决定在前人的基础上改进信息论与编码教材，同时实践我们在一些教改论文中提出的教材改革、教学改革和提高学生创新能力的建议。我们在教学中发现学生有应试习惯，许多学生并不是通过自己的理解去做题，而是依葫芦画瓢，按照类似的题型去套，因此在课后习题中增加了一些比较灵活、自由的题目。
　　我们在这本教材中试图做到以下几点：
　　（1）充分重视启发。将复杂的数学证明简化为若干小问题，变成若干锦囊来启发学生理解问题。通过极端的例子来启发学生发现和理解问题。通过现实中经常用到的例子来启发。
　　（2）重视实用性，除了理论外，还对各种编码的具体实现中的问题进行了分析，并且给出了一些软件实现的具体指导。避免教材内容过于学术化，而没有考虑到学生今后在工作中的实际需求。对于信息论与编码技术在现实中的各种应用也有不少介绍和展望。
　　（3）充分结合我们的研究和教学成果与经验，根据我们的分析和研究，提供一些新的理解或者证明相关结论的方法。
　　（4）注重各知识点的条理性、衔接性、前后关系和因果关系。
　　（5）详细叙述与方向指引并重。“吾生也有涯，而知也无涯。以有涯随无涯，殆已。”知识是无涯的，与此相对应的是教材篇幅是受到限制的，学生的时间也是有限的，即有涯。如何在有涯和无涯之间建立很好的平衡是一个教材的编者必须充分考虑的。在当今强调宽口径教学的背景下，一方面要突出重点，针对具有理论和应用价值的内容进行详细叙述；另一方面，由于篇幅所限，不可能面面俱到，在教材中指明学科的脉络、发展方向和前沿，对于某些应用面有限的、烦琐的尖端枝末性的知识，我们尽量推荐一定的教材和资源，以便读者可以根据指引找到相关资料。本书还提出了一些具有潜力的新问题研究方向。

信息论与编码：通信的基石与未来的脉搏 在这个信息爆炸的时代，我们无时无刻不被海量的数据所包围。从智能手机的每一次推送，到全球网络的信息流转，再到人工智能的深度学习，信息无处不在，并且以惊人的速度增长和传播。然而，这一切的背后，都离不开一个核心的科学体系——信息论与编码。它不仅是现代通信工程的理论基石，更是我们理解和构建未来信息社会的关键。 《信息论与编码》旨在为高等院校信息与通信工程专业的学生提供一套系统、深入的学习体验。本书紧密结合信息与通信工程领域的最新发展和实际应用，着力于揭示信息传输、处理和存储的本质规律，并介绍实现高效、可靠信息系统的关键技术。本书内容涵盖了信息论的基本概念、核心定理、关键编码理论以及这些理论在实际通信系统中的应用，力求在理论深度和实践广度之间找到最佳平衡点。 第一部分：信息论——度量与理解信息 信息论，顾名思义，是对信息的度量、传输和处理进行科学研究的学科。它为我们提供了一套强大的数学工具，用以量化信息的“多少”，理解信息传输的“极限”，以及探索信息处理的“奥秘”。 信息量与熵（Entropy）： 本书将从信息量的基本概念出发，介绍如何度量一个随机事件的不确定性。我们将深入探讨香农熵（Shannon Entropy），这是信息论中最核心的概念之一。熵不仅代表了信息的不确定性，也预示了信息传输所需的最少比特数。我们将通过丰富的例子，例如抛硬币、掷骰子以及更复杂的文本和图像数据，来直观地理解熵的计算和意义。学生将学习如何计算离散随机变量的熵，理解联合熵、条件熵、互信息等概念，并洞悉它们在描述多变量信息关系中的作用。 信道容量（Channel Capacity）： 在信息传输过程中，任何通信信道都不可避免地会受到噪声的干扰。信道容量定义了在给定噪声干扰下，信息能够可靠传输的最大速率。本书将详细阐述香农提出的信道容量定理（Shannon's Channel Coding Theorem），这是信息论的基石之一。我们将分析不同类型的信道，如离散无记忆信道（DMC）、连续信道（如高斯白噪声信道），并学习如何计算它们的信道容量。理解信道容量有助于我们认识到通信系统的理论极限，并指导我们设计更有效的编码和调制方案。 信源编码（Source Coding）： 信源编码的目标是尽可能地压缩信息，去除冗余，以便以更少的比特数表示原始信息，从而提高存储和传输效率。本书将深入讲解无损信源编码和有损信源编码。 无损信源编码： 我们将重点介绍霍夫曼编码（Huffman Coding）和算术编码（Arithmetic Coding），这两种是目前应用最广泛的无损压缩算法。学生将学习如何构造最优的二叉编码树，理解霍夫曼编码的贪心算法原理，并学习算术编码如何实现更高的压缩比，尽管其实现可能更为复杂。 有损信源编码： 在许多应用中，允许一定程度的信息损失以换取更高的压缩率是可接受的，例如图像和音频压缩。本书将介绍有损编码的基本思想，如率失真理论（Rate-Distortion Theory），并简要介绍一些典型算法的原理，为后续更深入的学习打下基础。 第二部分：编码理论——保障信息传输的可靠性 如果说信息论是关于“能传多少信息”，那么编码理论就是关于“如何可靠地传输信息”。在实际通信中，噪声和干扰无处不在，如果不加以控制，传输的信息很容易出错。编码技术正是用来检测和纠正这些错误，确保信息的完整性。 纠错码（Error-Correcting Codes）的原理： 本书将从纠错码的基本思想入手，讲解如何通过引入冗余来检测和纠正错误。我们将引入“码字”（codeword）的概念，以及“码距”（Hamming distance）对于衡量编码性能的重要性。 线性分组码（Linear Block Codes）： 这是一类结构化、易于实现的纠错码。我们将详细介绍： 汉明码（Hamming Codes）： 汉明码是一种非常经典且重要的线性分组码，能够检测并纠正单个比特错误。我们将学习其生成矩阵（generator matrix）和校验矩阵（parity-check matrix）的构造方法，以及如何进行编码和译码。 循环码（Cyclic Codes）： 循环码是一类特殊的线性分组码，其码字具有循环移位不变的特性，这使得其编码和译码过程可以通过移位寄存器和多项式运算来实现，效率很高。我们将介绍 BCH码（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem codes）和里德-所罗门码（Reed-Solomon codes），它们都是非常有代表性的循环码，在CD、DVD、二维码以及深空通信等领域有着广泛应用。 卷积码（Convolutional Codes）： 与分组码不同，卷积码是序列码，其编码输出不仅依赖于当前的输入数据，还依赖于之前的若干个输入数据。我们将学习卷积码的编码器结构（由移位寄存器和模2加法器组成），以及如何使用维特比算法（Viterbi Algorithm）进行最优译码。卷积码在移动通信（如2G、3G）中曾得到广泛应用。 现代编码理论： 随着信息传输需求的不断增长，对纠错码的性能要求也越来越高。本书将简要介绍一些更先进的编码技术，为学生指明进一步学习的方向： Turbo码（Turbo Codes）： Turbo码是第一种能够接近香农极限的现代编码，它通过并行级联两个卷积码，并使用迭代译码的方法，取得了突破性的性能提升。 LDPC码（Low-Density Parity-Check Codes）： LDPC码也是一类性能优异的纠错码，其特点是校验矩阵中0的比例很高。LDPC码在Wi-Fi、5G等现代通信标准中得到了广泛应用，其译码算法相对简单，能够实现高效的并行处理。 第三部分：编码在通信系统中的应用 理论的意义在于实践。本书的最后一部分将重点阐述信息论与编码理论在实际通信系统中的应用，让学生能够将所学的知识与工程实践紧密联系起来。 调制与编码联合设计： 在实际通信系统中，调制（将数字信息转换为模拟信号以便在物理信道上传输）和编码（提高传输可靠性）是紧密结合的。我们将探讨如何根据信道特性和应用需求，选择合适的调制方式（如ASK, FSK, PSK, QAM）和编码方案，以及它们之间的协同工作。 通信系统实例分析： 我们将选取一些典型的通信系统作为案例进行分析，例如： 数字电视广播： 讲解如何利用高效的信源编码（如MPEG系列）和纠错编码（如LDPC码）来实现在有限带宽下高质量的视频传输。 移动通信系统（如4G/5G）： 分析Turbo码和LDPC码在这些系统中的作用，以及它们如何与OFDM等技术结合，实现高速率、低延迟的移动通信。 卫星通信与深空探测： 介绍为了克服远距离、低信噪比等恶劣条件，如何采用更强大的纠错编码（如RS码、Turbo码）来确保信号的可靠接收。 面向未来的展望： 最后，本书将简要探讨信息论与编码在人工智能、量子通信等前沿领域中的潜在应用，激发学生的创新思维，引导他们思考信息科学的未来发展方向。 本书特色： 理论严谨与工程实践相结合： 在讲解抽象理论的同时，注重与实际通信系统的联系，帮助学生理解理论的工程价值。 内容由浅入深，循序渐进： 从基本概念出发，逐步深入到复杂的理论和算法，适合不同基础的学生。 丰富的例题与习题： 配备大量例题帮助理解，并提供有针对性的习题，巩固所学知识。 紧跟技术前沿： 涵盖了近年来在信息论和编码领域取得突破性进展的新技术和新概念。 通过学习《信息论与编码》，学生将能够建立起扎实的理论基础，理解信息传输的本质，掌握设计和分析高效可靠通信系统的关键技术，为未来在信息与通信工程领域的学习和研究打下坚实的基础。本书不仅是一本教材，更是开启信息时代大门的钥匙，帮助读者更好地理解我们所处的数字世界，并参与构建更加智能、互联的未来。

评分☆☆☆☆☆

作为一名在校生，我一直觉得信息论和编码是通信专业里比较抽象和理论化的一门课。拿到这本教材后，我花了很长时间去适应它的阅读节奏。书中涉及大量的数学公式和定理证明，需要非常扎实的数学基础才能完全理解。我反复阅读了关于信息熵、条件熵和互信息的章节，试图理解它们在衡量信息量和信息冗余方面的作用。书中的例子虽然有，但有时候还是觉得不够直观，需要自己动手去做一些练习才能真正领会。特别是当涉及到信道编码时，比如循环冗余校验（CRC）和维特比算法等，这些内容对我来说挑战性很大，需要花费大量的时间去消化和理解。不过，这本书的优点在于它非常严谨，理论推导非常到位，一旦你克服了初期的困难，你就能感受到它在知识体系上的完整性和深度。

评分☆☆☆☆☆

这本教材在内容组织上，给我留下了深刻的印象。它没有采用生硬的、单调的理论灌输方式，而是通过循序渐进的方式，将读者引入信息论和编码的世界。从最基本的概率论基础，到信息量的定义，再到信源编码的各种方法，如定长编码、变长编码，以及霍夫曼编码的优化过程，都讲解得非常细致。尤其是在信道编码的部分，对线性分组码的介绍，包括它的代数结构、生成矩阵、校验矩阵的意义，以及如何进行译码，都给出了清晰的步骤和原理。我还注意到书中在讲解一些高级编码技术时，比如卷积码的编码和解码（维特比算法），引用了大量的图示和表格，这极大地降低了理解的难度。总的来说，这本书在理论的深度和内容的广度上都做得相当不错，而且在教学方法的组织上也考虑到了读者的接受程度，是一本值得推荐的教材。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，这本书的内容深度和广度都超出了我的预期。我原本以为作为一本教材，内容会相对基础和零散，但这本书在信息论的核心概念上，例如信源编码、信道编码、信道容量等方面，都给出了非常严谨和深入的推导。作者似乎非常注重数学理论的严谨性，每一条定理、每一个公式的推导都一丝不苟，这对于想要深入理解理论的学生来说是巨大的福音。我花了相当多的时间在理解那些证明过程上，虽然有些章节确实烧脑，但一旦弄懂了，就会觉得豁然开朗，对信息传输和处理的本质有了更深刻的认识。书中的一些高级话题，比如卷积码、RS码，以及它们在纠错方面的原理，也做了详细的阐述，这在很多入门书籍中是很难见到的。总的来说，这本书是一本非常扎实的理论教材，适合那些希望在这门学科上打下坚实基础的读者。

评分☆☆☆☆☆

这本书我从图书馆借来看，封面设计得比较学术，一看就是那种适合大学课程的教材。我本来对信息论和编码这个方向没什么概念，只是被老师点名要求读点相关的入门材料。这本书拿到手里，厚度适中，排版印刷都挺清晰的，章节划分也比较合理。我开始翻阅的时候，觉得开头部分讲的熵、信息量这些概念，用了一些数学符号，一开始看有点吃力，但结合着后面的例子，慢慢就理解了。特别是关于信源编码的部分，介绍了霍夫曼编码和香农-费诺编码，书里提供了不少例子，图文并茂，让我对如何用更少的比特来表示信息有了直观的认识。我比较喜欢的是它在介绍理论知识的同时，还穿插了一些实际的应用场景，比如数据压缩、文本编码等等，这让我觉得学习的内容不至于太枯燥，而且能看到理论是如何落地的。虽然我不是这个专业的，但读完一部分，对信息在数字世界里的基本运作方式有了一个初步的了解，感觉挺有意思的。

评分☆☆☆☆☆

我是在完成了一些基础课程之后，抱着提升自己专业知识的目的开始阅读这本《高等院校信息与通信工程系列教材：信息论与编码》。这本书给我的整体感觉是非常系统和全面的。它不仅仅停留在基础的定义和公式上，而是将信息论和编码这两个紧密相关的领域进行了有机结合。从最基础的信源模型，到信息传输的信道模型，再到如何有效地编码和解码，逻辑链条非常清晰。我特别欣赏的是，书中关于信道容量的讲解，不仅给出了理论极限，还详细解释了香农定理的意义，以及它在通信系统设计中的指导作用。而且，在信道编码部分，对纠错码的介绍，从汉明码到更复杂的线性分组码和卷积码，都进行了细致的讲解，配有大量的例题和图示，帮助读者理解这些编码的原理和纠错能力。这本书真的能够带领读者一步步深入到信息通信的理论核心。