信息理論與編碼學習指導 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王虹，劉雪鼕 著

圖書標籤:

• 信息論
• 編碼學
• 通信原理
• 信道編碼
• 源編碼
• 信息論基礎
• 編碼技術
• 通信工程
• 數字通信
• 學習指南

齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115236845

版次：1

商品編碼：10487672

包裝：平裝

叢書名： 21世紀高等院校信息與通信工程規劃教材——精品係列

開本：16開

齣版時間：2011-02-01

用紙：膠版紙

頁數：213

字數：335000

正文語種：中文

內容簡介

《信息理論與編碼學習指導》是學習和掌握信息理論與編碼的教學指導書，與人民郵電齣版社齣版的呂鋒主編的《信息理論與編碼(第2版)》相配套，也可作為獨立的學習輔導書知其他版本的同類教材配套使。
全書包含瞭香農信息理論的核心內容，以及網絡信息論基礎和密碼學基礎，共章。每章由學習要點、教材習題詳解、測試題和實驗題組成。可以幫助讀者全麵認識和快速查找信息理的基本概念和重要知識點，通過練習、測試和實驗環節進一步理解信息理論的分析思路、基本定理以及重要論。
本書對概念的梳理條理性強，對習題和測試題的解答詳盡，所設計的實驗題使讀者對信息理論有更加直觀的認識。書中的習題和測試題全麵覆蓋瞭信息理論的基本概念，題型多樣且度適中。此外，還安排瞭部分英文題目供讀者瞭解信息理論的外文錶述。
本書可供高等學校通信類、電子工程類、信息類專業的師生使用，也可作為關科研人員學習信息理論的輔導書。

內頁插圖

目錄

第1章 緒論
1.1 基本要求
1.2 學習要點
1.2.1 信息的僚本概念
1.2.2 信息論的研究對象
1.2.3 信息論的發展曆程
1.2.4 信息論的主要研究內容
1.3 教材習題及參考答案
1.4 測驗題及參考答案
1.4.1 測驗題
1.4.2 測驗題參考答案
第2章 信息的度量
2.1 基本要求
2.2 學習要點
2.2.1 信源的分類
2.2.2 信源的數學模型
2.2.3 離散信源的自信息
2.2.4 離散信源的互信息量及其性質
2.2.5 離散信源熵
2.2.6 聯閤熵和條件熵
2.2.7 各類熵之間的關係
2.2.8 平均互信息量及其性質
2.2.9 離散無記憶擴展信源的熵
2.2.10 離散有記憶信源的熵
2.2.11 馬爾可夫信源的信息熵
2.2.12 離散信源的信息率和信息含量效率
2.2.13 連續信源的微分熵和平均互信息量
2.3 教材習題及參考答案
2.4 測驗題及參考答案
2.4.1 測驗題
2.4.2 測驗題參考答案
2.5 實驗題及參考程序
2.5.1 實驗題
2.5.2 實驗題參考程序
第3章 信道模型和信道容量
3 基本要求
3.1 學習要點
3.2.1 信道的分類
3.2.2 信道的數學模型
3.2.3 信道的疑義度、散布度和平均亙信息
3.2.4 信道容量
3.2.5 信道的組閤
3.2.6 信道絕對剩餘度
3.2.7 連續信道的信道容量
3.2.8 波形信道及其信道容量
3.3 教材習題及參考答案
3.4 測驗題及參考答案
3.4.1 測驗題
3.4.2 測驗題參考答案
3.5 實驗題及參考程序
3.5.1 實驗題
3.5.2 實驗題參考程序
第4章 離散無記憶信源無失真編碼
4.1 基本要求
4.2 學習要點
4.2.1 信源編碼的基本術語
4.2.2 信源編碼的基本概念
4.2.3 定長無失真編碼定理
……
第5章 有噪信道編碼
第6章 限失真信源編碼
第7章 網絡信息論基礎
第8章 信息安全與密碼基礎
參考文獻

前言/序言

《信息論與編碼基礎》：解鎖數據溝通的奧秘 在信息爆炸的時代，如何高效、準確地存儲、傳輸和處理海量數據，已成為科學技術、工程應用乃至日常溝通的核心挑戰。《信息論與編碼基礎》一書，正是為瞭係統性地闡釋解決這些挑戰的理論基石與實用方法而誕生。本書並非僅僅是枯燥的理論堆砌，而是力求以清晰的邏輯、豐富的案例，引導讀者深入理解信息傳遞的本質，並掌握一係列行之有效的編碼技術，從而在數字世界的洪流中遊刃有餘。 本書的核心目標在於構建讀者對信息論的完整認知框架，並將其與具體的編碼實現緊密聯係。信息論，作為一門研究信息量度量、傳輸、壓縮、糾錯等問題的學科，為我們理解信息在不同場景下的行為提供瞭強大的理論工具。而編碼，則是將信息轉化為一種適閤特定目的的錶示形式，以達到數據壓縮、抗乾擾、數據恢復等一係列工程上的要求。這兩者相輔相成，共同構成瞭現代通信、存儲、計算等領域不可或缺的基石。 第一部分：信息論的理論基石 本書的開篇，我們將從信息論的源頭——信息量的概念入手。在日常生活中，我們常說“信息量很大”，但信息論賦予瞭這個詞以精確的數學定義。我們將深入探討香農熵（Shannon Entropy），理解它如何量化一個隨機變量的不確定性，以及它與信息源的平均信息量之間的關係。這不僅僅是抽象的數學公式，更可以通過生活中的例子，如天氣預報的準確度、語言的冗餘度等，來直觀感受熵的概念。我們將學習如何計算不同信源的熵，理解低熵信源代錶著更高的確定性和可預測性，而高熵信源則充滿未知，需要更多的信息來描述。 進一步，本書將聚焦於信道容量（Channel Capacity）的概念。信道是信息傳輸的媒介，它並非完美無瑕，總是伴隨著噪聲和失真。信道容量，則是在特定信道條件下，能夠可靠傳輸信息的最大速率。理解信道容量的意義在於，它為我們設定瞭信息傳輸的理論極限。我們將學習香農噪聲限（Shannon Limit），它是衡量通信係統性能的重要標杆，並探討如何通過調製、編碼等技術來逼近這一極限。書中將引入離散無記憶信道（Discrete Memoryless Channels）的模型，如二元對稱信道（Binary Symmetric Channel），通過具體的概率模型來分析噪聲對信息傳輸的影響，並計算其信道容量。 此外，本書還將深入研究互信息（Mutual Information）。互信息衡量的是兩個隨機變量之間共享的信息量，它揭示瞭信道如何通過傳輸來減少接收者對發送者信息的不確定性。我們將學習互信息與熵之間的關係，理解它在信息論中的橋梁作用，並探討其在統計推斷、機器學習等領域的應用。 第二部分：編碼的原理與實踐 在奠定瞭信息論的理論基礎之後，本書將轉嚮編碼技術。編碼是信息論在工程實踐中的具體體現，它直接影響著數據的存儲效率、傳輸可靠性和處理速度。 2.1 數據壓縮編碼： 數據壓縮的目標是在不損失或少量損失信息的前提下，減小數據的大小。我們將從無損壓縮（Lossless Compression）開始，深入講解霍夫曼編碼（Huffman Coding）。通過構建最優的前綴碼，霍夫曼編碼能夠為齣現頻率高的符號分配較短的碼字，從而實現高效壓縮。本書將詳細闡述霍夫曼編碼的構建算法，並輔以大量計算實例，讓讀者能夠熟練掌握其原理和應用。 緊接著，我們將介紹算術編碼（Arithmetic Coding）。相比於霍夫曼編碼，算術編碼能夠更進一步，將整個消息錶示為一個區間內的實數，其壓縮效率理論上可以無限接近熵的極限。我們將解析算術編碼的編碼和解碼過程，理解它如何利用概率模型進行編碼，並探討其在實際應用中的優劣勢。 對於有損壓縮（Lossy Compression），本書將觸及如離散餘弦變換（DCT）和量化（Quantization）等核心概念，這些技術是JPEG圖像壓縮、MP3音頻壓縮等廣泛應用的技術的理論基礎。我們將分析有損壓縮如何通過丟棄人眼或人耳不敏感的信息來達到更高的壓縮比，並探討其帶來的失真與壓縮率之間的權衡。 2.2 信源編碼與信道編碼： 信源編碼關注的是如何高效地錶示信息源，而信道編碼則緻力於在信息傳輸過程中抵抗噪聲乾擾，確保信息的可靠性。 在信源編碼方麵，除瞭前述的霍夫曼編碼和算術編碼，我們還將介紹行程長度編碼（Run-Length Encoding, RLE），它適用於數據中存在大量連續相同符號的情況，如圖像中的大麵積純色區域。 在信道編碼領域，本書將係統性地介紹綫性分組碼（Linear Block Codes）。我們將從最基礎的奇偶校驗碼（Parity Check Codes）開始，理解其簡單的糾錯原理。隨後，我們將深入講解漢明碼（Hamming Codes），掌握如何設計和解碼能夠糾正單個比特錯誤的漢明碼。通過生成矩陣（Generator Matrix）和校驗矩陣（Parity Check Matrix）的概念，讀者將能夠理解綫性分組碼的結構及其數學性質。 進一步，我們將探討捲積碼（Convolutional Codes）。與分組碼不同，捲積碼的編碼輸齣不僅依賴於當前的輸入，還依賴於之前的若乾個輸入。我們將學習捲積碼的編碼器結構，以及維特比算法（Viterby Algorithm），這是解碼捲積碼的經典高效算法。維特比算法通過尋找最可能的碼字序列來完成解碼，其在現代通信係統中有著廣泛的應用。 除瞭上述基礎編碼，本書還將介紹循環冗餘校驗（Cyclic Redundancy Check, CRC），它是一種強大的錯誤檢測碼，廣泛應用於網絡通信和存儲係統中。我們將解析CRC的生成和校驗原理，理解其在數據完整性保障方麵的作用。 第三部分：信息論與編碼的綜閤應用 在掌握瞭信息論和編碼的基礎理論與技術後，本書的最後部分將引導讀者將這些知識應用於實際場景。 我們將探討糾錯碼（Error-Correcting Codes, ECC）的更高級應用，包括BCH碼和裏德-所羅門碼（Reed-Solomon Codes），它們能夠糾正多個比特錯誤，並在CD、DVD、衛星通信、數據存儲等領域扮演著至關重要的角色。我們將分析這些碼的結構特性，以及它們在實際係統中的實現方式。 本書還將討論調製解調（Modulation and Demodulation）與編碼的協同作用。信號在信道中傳輸時，不僅會受到噪聲乾擾，還會經曆頻率、幅度等變化。調製技術將數字信號轉換為適閤在物理信道上傳輸的模擬信號，而編碼則是在此基礎上進一步提升傳輸的可靠性。我們將簡要介紹相移鍵控（PSK）、頻率移鍵控（FSK）、幅度移鍵控（ASK）等基本調製方式，並探討如何將編碼技術與調製結閤，構建更 robust 的通信係統。 此外，我們還將探討信息論在機器學習、數據挖掘、自然語言處理等前沿領域的應用。例如，信息增益在決策樹構建中的作用，KL散度在衡量概率分布相似性中的應用，都離不開信息論的深刻洞察。 本書的特色與價值 《信息論與編碼基礎》力求做到理論嚴謹與實踐應用並重。書中包含豐富的例題和習題，幫助讀者鞏固所學知識。我們避免瞭過於晦澀的數學推導，而是注重概念的清晰闡釋和直觀理解。同時，我們也會提及一些實際係統中使用的編碼方案和標準，讓讀者能夠看到理論如何轉化為現實。 本書適閤於計算機科學、電子工程、通信工程、數學等相關專業的學生，以及對信息處理、數據安全、通信技術感興趣的從業人員和研究者。通過閱讀本書，您將能夠： 深入理解信息論的核心概念：掌握信息量、熵、信道容量等基本原理。 熟練掌握常用的數據壓縮編碼技術：學會如何高效地減小數據量。 掌握主流的信道編碼與糾錯技術：瞭解如何保證信息傳輸的可靠性。 構建對現代通信係統和數據存儲技術的認知：理解信息論與編碼在其中扮演的關鍵角色。 為進一步學習更高級的理論和技術奠定堅實基礎。 在這個信息以指數級增長的時代，掌握信息論與編碼的知識，不僅是對技術能力的提升，更是對理解數字世界運行規律的深刻洞察。本書將是您開啓這段探索之旅的理想夥伴。

評分☆☆☆☆☆

版本三 拿起這本《信息理論與編碼學習指導》，我首先被它清晰的排版和富有條理的章節劃分所吸引。作為一名對信息科學領域初窺門徑的學生，我時常感到理論的海洋浩瀚無垠，而這本書則像一座燈塔，為我指引瞭前進的方嚮。作者在開篇就對信息理論的重要性進行瞭深入淺齣的闡釋，讓我很快認識到，信息不僅僅是文字、聲音或圖像，它是一種更深層次的、能夠消除不確定性的概念，而編碼則是實現這一過程的關鍵手段。 書中最讓我印象深刻的是作者對於“信息量”的定義和度量方式的講解。通過引入概率論的工具，他為我們構建瞭一個量化信息大小的框架。不僅僅是告訴我們“熵”是什麼，而是通過各種具體的例子，比如拋硬幣、擲骰子，甚至是預測天氣，來解釋信息熵的計算過程。這種從簡單場景到復雜場景的層層遞進，讓我逐步理解瞭信息量的本質，以及它與不確定性之間的深刻聯係。 在信源編碼的部分，作者對各種編碼方法的介紹，如變長編碼、算術編碼等，都配以詳細的圖示和算法描述。他沒有簡單地給齣公式，而是花瞭大量篇幅去解釋每種編碼方法的優缺點，以及它們在實際應用中的適用場景。例如，在講解霍夫曼編碼時，作者不僅展示瞭如何構建編碼樹，還分析瞭為什麼這種方法能夠實現最優的無損壓縮。這種“深度講解”的方式，讓我不僅學會瞭如何使用這些編碼，更理解瞭它們背後的設計思想。 書中的許多插圖和錶格都極具價值，它們將抽象的數學模型具象化，使復雜的概念變得易於理解。尤其是在講解糾錯碼時，那些用於展示校驗過程的錶格，直觀地展示瞭如何通過添加冗餘來檢測和糾正錯誤。這種可視化教學手段，對於理解這些相對復雜的編碼理論非常有幫助。同時，作者在章節末尾設置的思考題，也促使我不斷迴顧和消化所學內容，進一步加深瞭理解。 總而言之，這本書以其嚴謹的邏輯、生動的闡釋和豐富的案例，成功地為我構建瞭一個關於信息理論與編碼的紮實基礎。它不僅讓我掌握瞭核心概念和技術，更培養瞭我對信息科學的探究興趣。我認為，這本書是任何想要深入瞭解信息理論和編碼領域的讀者，都不可錯過的優秀讀物。

評分☆☆☆☆☆

版本一 這本書的封麵設計就有一種引人入勝的魔力，深邃的藍色背景搭配著簡潔而富有科技感的字體，仿佛在訴說著信息洪流中的奧秘。當我第一次翻開它，就被那種嚴謹又不失生動的敘述方式深深吸引。作者在解釋那些抽象的概念時，總是能巧妙地運用生活中的例子，比如從信息傳播的角度去理解我們日常的交流，甚至是從信息編碼的角度去解析音樂的鏇律和圖像的色彩。這種“化繁為簡”的能力，讓我這個初次接觸信息理論的讀者，也能迅速找到切入點，不再感到遙不可及。 書中對於一些核心概念的講解，比如熵、信道容量、糾錯碼等，都做瞭非常詳盡的闡述。我尤其欣賞作者在講解過程中，不僅僅是給齣公式和定義，更注重解釋這些公式背後的物理意義和實際應用。比如，在講到信源編碼時，作者不僅僅是介紹瞭霍夫曼編碼，還深入分析瞭它為什麼能夠實現最優無損壓縮，以及在實際文件壓縮格式中是如何應用的。這種“知其然，更知其所以然”的講解方式，讓我對信息理論的理解不再停留在錶麵，而是能夠觸及到其內在的邏輯和強大之處。 此外，書中還穿插瞭不少曆史故事和科學傢的趣聞軼事，讓整個學習過程不再枯燥乏味。我瞭解到香農在信息理論領域的開創性貢獻，以及他在麵對睏難時那種堅韌不拔的精神。這些故事不僅增加瞭閱讀的趣味性，更讓我看到瞭科學傢們探索未知世界的那種熱情和智慧。這種人文關懷和科學精神的結閤，讓這本書不僅僅是一本技術類的教材，更是一本能夠啓迪思想、激發思考的讀物。 讓我印象深刻的還有書中提供的豐富的習題和案例分析。每一章結束後，都會有不同難度等級的習題，讓我能夠及時檢驗學習效果。而那些精心設計的案例分析，則將理論知識與實際應用緊密結閤，讓我看到瞭信息理論在通信、數據存儲、生物信息學等眾多領域的巨大價值。通過這些案例，我仿佛置身於一個充滿挑戰和創新的技術世界，也更加堅定瞭自己深入學習信息理論的決心。 總的來說，這本書就像一位循循善誘的良師益友，它不僅教授我知識，更點燃瞭我對信息科學的興趣。它用清晰的語言、生動的例子和深刻的洞察力，為我打開瞭信息理論和編碼世界的大門。我相信，這本書將是我未來在這個領域深造過程中，不可或缺的基石。

評分☆☆☆☆☆

版本四 當我拿到這本《信息理論與編碼學習指導》時，首先映入眼簾的是其設計上的一絲不苟，那種理性而又穩重的風格，預示著這是一本內容紮實的學術讀物。我一直對數據傳輸和存儲背後的原理感到好奇，尤其是在這個信息爆炸的時代，信息安全和效率變得尤為重要。這本書的齣現，恰好滿足瞭我對於這方麵知識的需求，並且以一種非常係統化的方式，引領我逐步揭開信息理論的神秘麵紗。 其中，關於“信源”與“信道”的區分以及它們在信息傳輸中所扮演角色的闡述，讓我耳目一新。作者並沒有將兩者割裂開來，而是強調它們之間的相互作用。在講解信源編碼時，他不僅僅局限於壓縮，更深入地探討瞭如何根據信源的統計特性來設計最優的編碼方案。例如，他可能會用一個生動的例子，比如模擬不同頻率的信號，來解釋為什麼並非所有信息都具有同等的重要性，以及如何通過編碼來突齣關鍵信息，減少冗餘。 讓我印象深刻的還有書中對“噪聲”的論述。它不僅僅被視為信息傳輸中的乾擾，更被作者賦予瞭一種“信息損失”的視角。在講解信道編碼時，作者花瞭很大的篇幅去介紹各種糾錯碼，比如海明碼、捲積碼等，並且詳細分析瞭它們的編碼原理和糾錯能力。他通過大量的錶格和圖示，生動地展示瞭如何在接收端檢測並糾正由於噪聲引起的錯誤，這讓我深刻體會到瞭編碼在保障信息可靠性方麵的關鍵作用。 此外，書中對於信息論的起源和發展曆程的介紹，也讓我受益匪淺。瞭解到香農等先驅們是如何在二戰的背景下，開創瞭信息理論這一全新的學科，以及他們是如何在有限的資源下，提齣瞭如此深刻的理論框架。這種曆史的迴顧，不僅增加瞭閱讀的趣味性，更讓我感受到瞭科學探索的艱辛與偉大。它激勵我不僅要學習知識，更要理解知識背後的曆史和人文價值。 總而言之，這本書就像一本詳盡的“信息技術地圖”，它為我描繪齣瞭信息理論和編碼的宏觀圖景，並提供瞭深入探索的路徑。它以其嚴謹的學術態度和富有啓發性的講解方式，讓我對信息科學有瞭更深刻的認識，並激發瞭我對這個領域更進一步研究的強烈興趣。

評分☆☆☆☆☆

版本二 初拿到這本《信息理論與編碼學習指導》，就被其沉甸甸的分量和樸素的書名吸引瞭。我一直對信息如何被編碼、傳輸和理解的過程充滿好奇，但又深感其專業性帶來的畏難情緒。然而，這本書在我的手中，逐漸卸下瞭那層冰冷的學術外衣，展現齣瞭一種更為人性化、更具引導性的特質。作者顯然是站在初學者的角度，一步步地鋪陳開來，不急不躁，仿佛在為你勾勒一幅清晰的知識藍圖。 書中最令我贊賞的是其對“信息”這一概念的深刻剖析。它不僅僅局限於二進製的0和1，而是從更廣闊的視角，探討瞭信息在不同媒介、不同形式下的錶現。在講解信源編碼的部分，作者運用瞭大量的類比，將原本復雜的概念形象化。例如，在解釋“熵”時，他可能會從打包行李的角度齣發，分析如何用最少的詞語來描述行李的全部內容，從而讓我們直觀地理解信息量的概念。這種“落地”的講解方式，極大地降低瞭學習門檻，讓那些一開始覺得“雲裏霧裏”的術語，變得觸手可及。 讓我頗為驚喜的是，書中對於“編碼”的闡釋，並非止步於技術的細節，而是深入到編碼背後的哲學思考。作者會引導讀者思考，為什麼我們需要編碼？編碼的目的是什麼？以及不同編碼方式所帶來的權衡與取捨。比如，在講解信道編碼時，它不僅僅是介紹前嚮糾錯碼的原理，還會探討為什麼在存在噪聲的環境下，信息傳輸的可靠性至關重要，以及如何通過冗餘來對抗錯誤。這種對“為什麼”的深入挖掘，讓我對編碼技術産生瞭更深層次的認識，也看到瞭它在保障數據完整性方麵的巨大價值。 書中的圖示和錶格也是一大亮點。它們不是簡單的圖解，而是經過精心設計，能夠直觀地展示復雜的數學模型和算法流程。我尤其喜歡那些流程圖，它們像是一張張清晰的導航圖，帶領我穿梭於錯綜復雜的編碼算法之間，讓我能夠輕鬆地把握其核心邏輯。此外，書中還會穿插一些曆史上的關鍵節點和重要人物的介紹，這讓我在學習枯燥的理論時，也能感受到信息科學發展的脈絡和人類智慧的結晶。 總而言之，這本書不僅僅是一本工具書，更像是一次充滿啓發的學習之旅。它以其獨特的方式，將抽象的信息理論與編碼知識，編織成瞭一部易於理解、引人入勝的篇章。讀完後，我不僅掌握瞭基礎知識，更對信息科學産生瞭濃厚的興趣，並渴望進一步探索其更廣闊的應用領域。

評分☆☆☆☆☆

版本五 翻開這本書，首先吸引我的便是它那充滿學術氣息又不失親和力的語言風格。作為一名對信息理論和編碼抱有濃厚興趣但缺乏係統知識的學習者，我一直在尋找一本能夠引領我入門的優秀讀物。《信息理論與編碼學習指導》恰恰滿足瞭我的這一需求，它用一種循序漸進的方式，將那些原本看似高深的概念，變得生動有趣，易於理解。 書中對於“信息”本身的定義和度量方式，進行瞭非常細緻的闡述。作者並沒有直接拋齣復雜的數學公式，而是從信息作為“消除不確定性”的工具這一角度齣發，通過生活中的各種例子，例如猜謎語、描述一個物體等，來逐步引導讀者理解“信息量”的概念。這種“生活化”的講解方式，讓我這個初學者能夠快速建立起對信息量的直觀認識，並為後續學習更復雜的編碼理論打下堅實的基礎。 讓我頗為欣賞的是，作者在講解各種編碼技術時，不僅僅是停留在算法的介紹，更注重分析這些技術背後的“為什麼”。例如，在介紹信源編碼的無損壓縮技術時，作者會深入分析不同編碼方法的優缺點，以及它們在實際應用中的權衡。通過大量的圖錶和實例，他展示瞭如何通過變長編碼、算術編碼等方法，有效地減少信息冗餘，從而實現高效的數據存儲和傳輸。這種“深度解析”讓我不僅學會瞭“怎麼做”，更理解瞭“為什麼要這樣做”。 書中的章節設計也十分閤理，每一章在理論講解之後，都會提供一些精選的練習題，幫助我鞏固所學知識。這些題目難度適中，既能檢驗我對概念的掌握程度，又能引導我將理論應用於實際問題。而且，書中還穿插瞭一些關於信息理論發展史的介紹，這讓我在學習技術知識的同時，也能感受到科學發展的魅力和人類智慧的光輝，為我的學習注入瞭更多的動力。 總的來說，這本書以其清晰的邏輯、生動的語言和豐富的案例，為我打開瞭信息理論與編碼世界的大門。它不僅傳授瞭我寶貴的知識，更點燃瞭我對信息科學的求知欲。我相信，這本書將是我在信息理論領域學習道路上，一位不可或缺的得力助手。