信息論與編碼 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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於秀蘭，王永，陳前斌 著

圖書標籤:

• 信息論
• 編碼學
• 通信原理
• 數據壓縮
• 信道編碼
• 香農信息論
• 糾錯編碼
• 數字通信
• 信息處理
• 理論基礎

齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115338143

版次：01

商品編碼：11403828

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：2014-02-01

頁數：308

正文語種：中文

內容簡介

　　本書重點介紹瞭香農信息論和編碼理論的基本原理及其應用。在保持一定理論深度的基礎上，盡可能地簡化繁雜的公式、定理的證明，采用較多的例題和圖示來展示基本概念和原理的應用。敘述上力求概念清楚、重點突齣、深入淺齣、通俗易懂，內容上力求科學性、先進性、係統性與實用性的統一。
　　本書共9章，內容包括：緒論、信息的統計度量、離散信源和熵、無失真信源編碼、離散信道和信道容量、有噪信道編碼、連續信源和連續信道、限失真信源編碼和網絡信息論初步。
　　本書可作為高等院校電子信息工程、通信工程等相關專業的本科生教材，也可作為相關領域中教學與科研人員和工程技術人員的參考用書。

內頁插圖

目錄

目　錄

第1章　緒論　1
1．1　信息的概念　1
1．1．1　什麼是“信息”　1
1．1．2　如何度量“信息”　2
1．2　信息傳輸係統　3
1．2．1　信息傳輸係統模型　3
1．2．2　信息傳輸係統的性能指標　6
1．3　信息論的研究內容　7
1．3．1　基本信息論的研究內容　7
1．3．2　一般信息論的研究內容　7
1．3．3　廣義信息論的研究內容　8
1．4　信息論和編碼理論的形成和發展　8
習題　10

第2章　信息的統計度量　11
2．1　隨機變量的統計特性　11
2．1．1　隨機變量的分類及其描述　11
2．1．2　信源的統計特性　14
2．1．3　信道的傳輸特性　15
2．2　離散隨機變量的自信息和信息熵　18
2．2．1　自信息量　18
2．2．2　信息熵　19
2．2．3　信息熵的性質　21
2．3　離散隨機變量的聯閤自信息和聯閤熵　22
2．3．1　聯閤自信息　22
2．3．2　聯閤熵　23
2．4　離散隨機變量的條件自信息和條件熵　24
2．4．1　條件自信息　24
2．4．2　條件熵　25
2．4．3　各類熵之間的關係　26
2．5　離散隨機變量的互信息和平均互信息　29
2．5．1　互信息　29
2．5．2　互信息的性質　30
2．5．3　平均互信息　31
2．5．4　平均互信息的性質　33
2．5．5　平均互信息與各類熵之間的關係　36
2．5．6　聯閤互信息和條件互信息　37
2．5．7　信息處理定理　38
2．6　連續隨機變量的信息度量　39
2．6．1　連續隨機變量的熵　39
2．6．2　連續隨機變量的平均互信息　42
本章小結　43
習題　44

第3章　離散信源和熵　49
3．1　離散信源的分類　49
3．2　離散信源的N次擴展信源　50
3．2．1　N次擴展信源的數學模型　50
3．2．2　離散信源的N次擴展信源的熵　51
3．2．3　離散無記憶信源的N次擴展信源的熵　51
3．3　離散平穩信源　53
3．3．1　離散平穩信源的數學定義　53
3．3．2　有限維離散平穩信源的條件熵　54
3．3．3　二維離散平穩信源的平均符號熵　56
3．3．4　離散平穩信源的極限熵　57
3．3．5　計算極限熵的處理方法　59
3．4　馬爾可夫信源　60
3．4．1　馬爾可夫信源的描述　60
3．4．2　齊次遍曆的馬爾可夫信源　62
3．4．3　齊次遍曆馬爾可夫信源的極限熵　64
3．5　信源的相關性和剩餘度　68
本章小結　70
習題　71

第4章　無失真信源編碼　74
4．1　信源編碼的基本概念　74
4．1．1　信源編碼的數學模型　74
4．1．2　信源編碼的分類　75
4．1．3　唯一可譯碼和即時碼　76
4．1．4　編碼效率　79
4．2　無失真信源編碼定理　81
4．2．1　無失真定長信源編碼定理　81
4．2．2　無失真變長信源編碼定理　86
4．3　常見的無失真信源編碼方法　87
4．3．1　香農(Shannon)碼　88
4．3．2　霍夫曼(Huffman)碼　89
4．3．3　費諾(Fano)碼　96
4．3．4　香農-費諾-埃利斯碼　97
4．3．5　算術碼　99
4．3．6　LZ碼　104
本章小結　106
習題　107

第5章　離散信道和信道容量　110
5．1　離散信道的分類　110
5．2　離散信道的數學模型　111
5．3　信道容量　113
5．3．1　信道的信息傳輸率　113
5．3．2　信道容量的定義　114
5．4　單符號離散信道及其信道容量　116
5．4．1　典型信道的信道容量　116
5．4．2　串聯信道及其信道容量　120
5．4．3　一般離散信道的信道容量　121
5．4．4　信道容量的迭代算法　128
5．5　多符號離散信道及其信道容量　134
5．5．1　多符號離散信道的平均互信息　134
5．5．2　離散無記憶信道的信道容量　135
5．5．3　獨立並聯信道及其信道容量　136
5．6　信源與信道的匹配　136
本章小結　137
習題　138

第6章　有噪信道編碼　141
6．1　錯誤概率　141
6．1．1　錯誤概率和譯碼規則　141
6．1．2　錯誤概率與編碼方法　145
6．2　有噪信道編碼定理　146
6．3　聯閤信源信道編碼定理　148
6．4　信道編碼的基本概念　150
6．4．1　信道編碼的分類　150
6．4．2　綫性分組碼的檢錯和糾錯能力　151
6．4．3　最小漢明距離譯碼　153
6．4．4　差錯控製的三種方式　154
6．4．5　差錯控製的途徑　154
6．5　綫性分組碼　155
6．5．1　綫性分組碼的編碼　156
6．5．2　綫性分組碼的譯碼　162
6．5．3　完備碼和漢明碼　167
6．5．4　對偶碼　168
6．5．5　擴展碼、縮短碼和刪信碼　169
6．6　循環碼　171
6．6．1　循環碼的碼多項式　172
6．6．2　循環碼的生成多項式和生成矩陣　173
6．6．3　循環碼的監督多項式和監督矩陣　176
6．6．4　循環碼的編碼電路　178
6．6．5　循環碼的伴隨式　180
6．6．6　循環碼的譯碼電路　183
6．6．7　CRC碼　186
6．7　BCH碼和RS碼　187
6．7．1　有限域的基本知識　187
6．7．2　二元BCH碼　196
6．7．3　多元BCH碼和RS碼　201
6．8　捲積碼　203
6．8．1　捲積碼的解析錶示　203
6．8．2　捲積碼的圖形描述　210
6．8．3　捲積碼的譯碼方法　211
6．8．4　捲積碼的特性　214
6．8．5　刪餘捲積碼　215
6．8．6　遞歸型係統捲積碼　216
6．9　交織碼　217
6．10　級聯碼　218
6．11　Turbo碼　219
6．11．1　Turbo編碼　219
6．11．2　Turbo譯碼　220
6．12　LDPC碼　225
本章小結　226
習題　228

第7章　連續信源和連續信道　233
7．1　連續信源和波形信源的信息度量　233
7．1．1　一維連續信源的熵　233
7．1．2　多維連續信源的熵　234
7．1．3　波形信源的熵率　236
7．2　連續信源的最大熵　237
7．2．1　峰功率受限的連續信源　238
7．2．2　平均功率受限的連續信源　238
7．2．3　連續信源的熵功率　240
7．3　連續信源熵的變換　241
7．4　波形信道的分類和處理方法　242
7．4．1　波形信道的分類　242
7．4．2　波形信道的處理方法　243
7．5　連續信道的平均互信息　244
7．5．1　連續信道　244
7．5．2　加性信道　245
7．6　連續信道的信道容量　246
7．6．1　一維高斯加性信道　247
7．6．2　多維無記憶高斯加性信道　248
7．7　波形信道的信道容量　250
7．7．1　限帶AWGN信道的容量　250
7．7．2　香農公式的討論　251
7．8　連續信道編碼定理　253
本章小結　254
習題　255

第8章　限失真信源編碼　258
8．1　失真測度　258
8．1．1　失真函數　259
8．1．2　平均失真　262
8．1．3　保真度準則　262
8．2　信息率失真函數　263
8．2．1　信息率失真函數的定義　264
8．2．2　R(D)函數的性質　264
8．2．3　常見信源的R(D)函數　267
8．3　限失真信源編碼定理　268
8．4　R(D)函數的計算　270
8．4．1　R(D)函數的參量錶示法　270
8．4．2　離散對稱信源的R(D)函數　273
8．5　聯閤限失真信源信道編碼定理　278
本章小結　280
習題　280

第9章　網絡信息論初步　283
9．1　網絡信源　283
9．2　網絡信道　285
9．2．1　多址接入信道　285
9．2．2　廣播信道　287
9．3　網絡信源和網絡信道的聯閤/分離　288
9．4　網絡編碼　289
9．4．1　網絡編碼原理　289
9．4．2　綫性網絡編碼原理　290
9．4．3　網絡編碼的優勢　291
9．5　協作通信　292
9．5．1　中繼網絡中協作策略及其容量　294
9．5．2　多中繼高斯信道的容量　296

附錄A　詹森不等式及其應用　299
A1　詹森不等式　299
A2　利用詹森不等式證明的性質和定理　299
附錄B　信息度量的常用公式　305

參考文獻　308

前言/序言

《編碼的藝術：信號的穿越與信息的守護》 在浩瀚的數字洪流中，信息如同生命之血，貫穿人類文明的脈絡。從古老的烽火狼煙到如今的量子通信，我們對信息傳遞的追求從未停止。然而，信號在傳輸過程中，如同一位旅人，難免會遭遇噪聲的侵擾、失真的阻礙。如何纔能讓信息在崎嶇的道路上，安然無恙地抵達目的地？《編碼的藝術：信號的穿越與信息的守護》將為您揭開信息傳遞的神秘麵紗，帶領您走進一個精妙絕倫的世界。 本書並非聚焦於某一特定學科的理論框架，而是以一種更廣闊的視角，審視信息在現實世界中的存在、流動與保護。它將從信息産生的源頭，深入探討其本質；再追溯信息在物理世界中的載體與錶現形式；進而剖析信息在傳遞過程中所麵臨的挑戰，以及人類為剋服這些挑戰所發展齣的智慧結晶。 第一部分：信息的溯源與度量 信息究竟是什麼？它不是物質，卻能引發巨大的變革；它不是能量，卻能驅動科技的飛躍。本書將首先帶領讀者迴到信息概念的本源。我們將從信息論的奠基人剋勞德·香農的經典工作齣發，但會剝離其純粹的數學模型，將其轉化為易於理解的直觀描述。我們將探討信息熵的概念，不是用復雜的公式，而是通過生活中的例子，比如一個未知事件的不確定性如何衡量其“信息量”。例如，拋一枚硬幣，正麵朝上的信息量，與擲一個骰子，得到特定數字的信息量，哪一個更大？答案取決於我們對結果的“意外程度”。 我們會進一步探討信息的“冗餘”與“信息增益”。在日常溝通中，我們常常會重復一些話語，這看似是低效的，但從另一個角度看，這種冗餘恰恰是應對噪聲、確保信息被準確接收的關鍵。本書將通過生動的比喻，說明冗餘在信息傳遞中的保護作用，以及如何通過識彆和去除冗餘，來提高信息傳遞的效率。 第二部分：信號的物理世界 信息並非空中樓閣，它必須以某種物理形式存在，纔能被傳播和接收。本書將穿越模擬信號與數字信號的邊界。我們將用形象的語言描繪連續變化的模擬信號，就像聲波在空氣中傳播，其波動幅度直接反映瞭聲音的大小。而數字信號，則是將信息離散化，用0和1的序列來代錶，如同二進製代碼，精確而穩定。 我們將探討不同媒介對信號的影響。聲音在空氣中的傳播，電磁波在電纜中的穿梭，光縴中閃爍的光脈衝，甚至基因序列中蘊含的遺傳信息，它們都是信息的不同載體。本書將揭示這些載體各自的特性，以及它們在傳輸信息時所錶現齣的優勢與局限。例如，電磁波的傳播速度極快，但容易受到乾擾；光縴的傳輸容量巨大，但鋪設成本較高。 第三部分：信號的旅途：挑戰與智慧 信息的旅途從來不是一帆風順的。噪聲，如同潛伏在信號路徑上的“竊聽者”，會扭麯、篡改信息，使其失真。熱噪聲、串擾、電磁乾擾……這些無形的敵人，時刻威脅著信息的完整性。本書將深入淺齣地分析這些噪聲的來源和影響，並著重介紹人類為對抗噪聲所發展齣的強大武器——編碼。 本書將重點講解“糾錯碼”的奧秘。糾錯碼，就好比給信息加上瞭一層“保護網”。我們不會深入到復雜的代數構造，而是通過理解其核心思想來闡釋。想象一下，當你寫一個信息時，你知道它有很大概率會被抄寫錯誤，於是你在每個字母後麵都加上一些“校驗位”。這些校驗位本身不攜帶信息，但它們與原始信息之間存在著特定的數學關係。當信息到達目的地時，接收方可以通過檢查這些關係，判斷信息是否齣錯，甚至在某些情況下，還能自動修正錯誤。 我們將介紹一些經典的糾錯碼思想，例如漢明碼，它以其簡潔而高效的設計，在早期通信和數據存儲領域扮演瞭重要角色。我們將通過圖示和類比，展示漢明碼如何巧妙地用少量的冗餘信息，實現對單比特錯誤的檢測和糾正。同時，我們也會提及更強大的糾錯碼，如裏德-所羅門碼，它在CD、DVD以及衛星通信等領域發揮著至關重要的作用，能夠有效地對抗突發性的、連續的錯誤。 第四部分：壓縮的智慧：信息的精煉 在信息爆炸的時代，存儲空間和傳輸帶寬變得尤為寶貴。如何讓有限的資源承載更多的信息？“數據壓縮”技術應運而生。本書將揭示數據壓縮的藝術，它並非是丟棄信息，而是在不損失關鍵信息的前提下，對信息進行精煉。 我們將區分“無損壓縮”和“有損壓縮”。無損壓縮，顧名思義，能夠百分之百地恢復原始信息，就像將一件衣服摺疊起來，再展開後與原裝時一模一樣。我們將介紹一些常見的無損壓縮算法，例如行程長度編碼（RLE），它通過將連續重復的字符替換為重復次數和字符本身，大大縮短瞭數據長度。例如，“AAAAABBBCC”可以被壓縮成“5A3B2C”。 而有損壓縮，則是在可接受的範圍內，犧牲一部分信息以換取更高的壓縮率。這種壓縮方式的精妙之處在於，它利用瞭人眼的感知閾值和耳朵的聽覺特性。例如，在圖像壓縮中，人眼對亮度變化的敏感度遠高於對色彩變化的敏感度，因此，有損壓縮算法會優先保留亮度信息，而對色彩信息進行一定程度的簡化。在音頻壓縮中，類似地，一些人耳不易察覺的聲音頻率會被去除。本書將通過實例，展示JPEG圖像壓縮和MP3音頻壓縮的原理，讓讀者理解它們如何在保證視覺和聽覺體驗的同時，實現驚人的壓縮效果。 第五部分：編碼的未來與展望 隨著科技的飛速發展，信息傳遞的邊界正在不斷拓展。本書的最後一部分，將帶領讀者展望編碼技術的未來。我們將觸及現代通信係統中更加復雜的編碼技術，例如信道編碼與源編碼的協同設計，如何更有效地利用有限的通信資源。 我們還將探討信息安全與編碼之間的深刻聯係。加密技術，本質上也是一種特殊的編碼，它通過數學算法，將可讀的信息轉化為難以理解的密文，從而保護信息的機密性。本書將簡要介紹對稱加密和非對稱加密的基本思想，讓讀者瞭解現代信息安全體係是如何建立在編碼的基石之上的。 最後，我們將目光投嚮新興的編碼技術，如在機器學習、人工智能領域應用的各種編碼方法，以及在量子計算領域，量子比特的編碼與糾錯所麵臨的挑戰與機遇。 《編碼的藝術：信號的穿越與信息的守護》並非一本艱深的學術著作，它是一次關於信息之美的探索之旅。通過生動形象的語言、貼近生活的例子，以及對編碼技術背後智慧的深入挖掘，本書旨在讓每一位讀者都能領略到信息傳遞的魅力，理解編碼在現代社會中不可或缺的重要性，並對信息如何穿越時空，被守護得如此安然，産生由衷的贊嘆。無論您是技術愛好者，還是對信息世界的運作方式感到好奇，本書都將為您打開一扇通往新世界的大門。

評分☆☆☆☆☆

我一直覺得，一本好的技術書籍，不僅僅在於它傳遞瞭多少知識，更在於它能否激發讀者的思考和想象。我拿起《信息論與編碼》這本書，心中湧起的是一種對未知的好奇和探索的欲望。我曾經設想，這本書會帶領我穿越時空的維度，去探尋信息是如何從一個點傳播到另一個點，中間經曆瞭怎樣的“旅程”。我期待著，它能為我揭示信息在傳輸過程中可能遇到的各種“障礙”，比如噪聲、失真，以及這些障礙是如何影響信息的完整性的。更讓我著迷的是，書中對於“編碼”的探討。我一直對那些能夠讓信息在惡劣環境下依然保持“健康”的技術感到驚嘆。我設想，這本書會像一位巧匠，為我展示如何將原始信息“包裝”起來，賦予它更強大的“生命力”，使其能夠抵禦各種不利因素的侵擾。我希望，這本書能夠提供一些具體的案例，讓我看到這些理論是如何在現實世界中應用的，比如在衛星通信、移動電話，甚至DNA存儲等領域，信息論和編碼技術扮演著怎樣的關鍵角色。我期待，通過閱讀這本書，能夠讓我對信息傳播的“秘密”有更直觀的感受，不再僅僅停留在抽象的概念層麵，而是能夠將理論與實踐相結閤，形成更深刻的理解。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我拿起《信息論與編碼》這本書的時候，腦子裏並沒有一個非常明確的預期，更多的是一種“它應該是什麼樣子”的模糊概念。我總覺得，這類書名自帶一種“硬核”的氣質，會充斥著大量我不太熟悉的數學符號和復雜的推導過程。我曾經想象，這本書或許會像一本關於算法的書，詳細講解各種編碼方法的實現細節，比如如何構建糾錯碼的校驗矩陣，或者如何設計高效的解碼算法。我腦海中甚至浮現齣一些圖像，比如信息在經過信道時，數據位是如何被翻轉，以及編碼是如何將這些錯誤“識彆”並“修正”過來的。我期待，書中能夠包含一些曆史故事，介紹信息論和編碼技術發展的關鍵人物和裏程碑事件，讓我瞭解到這些理論是如何隨著時代的發展而演進的。我也設想，這本書或許會涉及一些實際的應用場景，例如，在互聯網傳輸數據時，是如何利用編碼技術保證傳輸的可靠性，或者在存儲數據時，是如何通過編碼技術提高存儲密度和數據壽命。我希望，這本書能讓我對信息通信的底層原理有一個初步的瞭解，即使不能完全掌握所有細節，也能對這個領域有一個大緻的認識，明白“信息”這個抽象的概念，是如何被量化、被保護、被高效傳遞的。

評分☆☆☆☆☆

我一直對那些看似簡單，實則蘊含著深刻道理的學科特彆感興趣。《信息論與編碼》這本書，在我看來，就屬於這樣一種學科。我曾經設想，它會像一本關於“溝通的藝術”的書，但又比普通意義上的溝通更具科學性和嚴謹性。我期待，這本書會從信息最基本的單元——比特開始，一點點地構建起信息傳遞的理論框架。我好奇，書中會如何解釋“信道”這個概念，它不僅僅是物理上的傳輸介質，更可能是一種抽象的概念，代錶著信息在傳播過程中可能遇到的各種限製和損耗。我尤其對“編碼”這一部分的內容充滿瞭期待，我設想，它會像一個精密的“工程指南”，教我如何將原始信息進行巧妙的轉換，使其能夠更有效地傳輸，並且具備抵抗錯誤的能力。我甚至想象，書中可能會介紹一些經典的編碼技術，比如香農編碼，或者一些實用的糾錯碼，讓我瞭解它們是如何在實際應用中發揮作用的。我希望，這本書能夠為我提供一種全新的視角，讓我理解我們日常生活中看似尋常的信息傳遞，背後是如何凝聚瞭如此多的科學智慧和技術創新。我期待，通過閱讀這本書，能夠讓我對信息世界有一個更清晰、更深刻的認識，不再僅僅是被動的接收者，而是能夠理解信息是如何被創造、被傳輸、被保護的。

評分☆☆☆☆☆

我一直對那些能夠“化繁為簡”的科學領域充滿敬意，《信息論與編碼》這個名字，在我腦海中勾勒齣的就是這樣一個形象。我設想，這本書會像一位經驗豐富的嚮導，帶領我穿梭於信息的海洋，教會我如何辨識信息的“價值”，如何衡量信息的“多少”。我期待，書中會用通俗易懂的語言，解釋那些看似高深的理論，比如“熵”這個概念，它到底代錶著什麼？為什麼它會被用來衡量信息的不確定性？我甚至想象，書中會通過一些生動的比喻，讓我理解信息編碼的本質，它不僅僅是將信息轉換成另一種形式，更是為瞭在傳輸過程中，給信息增加一層“保護罩”，使其能夠抵禦外界的乾擾。我特彆好奇，那些能夠讓數據在傳輸過程中“自我糾錯”的神奇編碼，比如海明碼、裏德-所羅門碼等等，它們是如何工作的？它們是如何在看似混亂的數據流中，找到並修正錯誤的？我希望，這本書能夠為我打開一扇窗，讓我看到信息論和編碼技術在現代社會中的巨大影響力，從手機通信到網絡傳輸，從數據存儲到人工智能，它們的身影無處不在。我期待，讀完這本書，我能夠對信息有一個全新的認識，不再是零散的片段，而是能夠理解信息流動的規律和背後的智慧。

評分☆☆☆☆☆

這本《信息論與編碼》的書，我一直對它充滿瞭好奇，總覺得它名字裏就帶著一種神秘的魅力。我一直以為它會像一本武林秘籍，揭示著信息傳遞的終極奧秘，裏麵會充斥著各種復雜的數學公式和抽象的概念，讓我望而卻步。我設想著，也許翻開第一頁，就會是一串串二進製代碼在眼前跳躍，緊接著是熵、信道容量這些對我來說如同天書般的術語。我甚至腦補瞭一些場景，比如，書中會詳細介紹香農如何憑藉他的智慧，在信息爆炸的時代開闢齣一片新天地，那些經典的信息論定理是如何一步步被推導齣來的。或許，我還會看到一些關於糾錯碼的原理，那些能在信號衰減或乾擾下，依然保持信息完整性的神奇技術，它們在現代通信、數據存儲等領域發揮著怎樣的作用。我特彆期待能瞭解到，信息編碼不僅僅是簡單的“加密”或“壓縮”，它背後有著怎樣深刻的理論支撐，又是如何與我們的日常生活緊密相連的。我設想，這本書會像一位博學的老師，用嚴謹卻又不失趣味的方式，引導我進入信息科學的殿堂，讓我對這個曾經覺得遙不可及的領域，産生濃厚的興趣。我憧憬著，讀完這本書，我不再隻是一個被動接收信息的普通人，而是能對信息有更深層次的理解，甚至能洞察到信息背後的規律和本質。