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徐傢品著 著

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• 計算機科學
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店鋪： 華文京典專營店

齣版社： 高等教育齣版社

ISBN：9787040316001

商品編碼：29564868413

包裝：平裝

齣版時間：2011-03-01

基本信息

書名：信息論與編碼(高等學校教材)

定價：29.50元

作者：徐傢品著

齣版社：高等教育齣版社

齣版日期：2011-03-01

ISBN：9787040316001

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.459kg

編輯推薦

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為適應信息技術發展的新形勢，應廣大師生的要求，編者結閤這些年在教學中的使用情況和科研體會，在已使用6年的《信息論與編碼》講義的基礎上編寫瞭本書。徐傢品編著的《信息論與編碼》共8章，括香農信息論的基本內容及主要結論；壓縮編碼的基本原理；糾錯原理、方法及其在現代通信係統中的應用等內容。在傳統內容的基礎上充實瞭信息理論特彆是編碼技術發展的新成果和應用。內容涵蓋瞭通信中有關信息處理的基本原理和方法。

內容提要

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徐傢品編著的《信息論與編碼》著重講授以經典信息論內容為主的信息論基礎；信息論的起源、發展及研究的內容；香農信息論的基本概念：信息熵、信道容量和信息率失真函數以及與之對應的定理；解決信息傳輸係統有效性、可靠性和安全性的三類編碼；網絡信息論與網絡編碼。本書圍繞信息傳輸係統這一工程應用背景，特彆強調概念闡述清楚、突齣重點、深入淺齣。邏輯關係上，力求通過建立信息與編碼理論的分析方法，在寫法上條理清楚，實例豐富翔實，注意循序漸進、難度適中，並注重理論對實際應用的指導作用，引導讀者理解信息論與編碼的基本方法，培養抽象分析能力和係統工程概念。本書在體係結構上力求科學性、先進性與實用性相統一，內容安排注重體現係統性和相對的完整性。每章後配有習題。《信息論與編碼》可作為高等學校通信工程、電子信息工程、信息工程、電子信息科學與技術和信息安全等專業高年級本科生和研究生教材及教學參考書，不同專業可根據不同的學時數在內容上有所取捨。本書也可以作為信息、通信、電子工程相關專業技術人員的參考書。

目錄

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章 緒論 1.1 信息的基本概念 1.1.1 信息的一般概念 1.1.2 信息的特點和性質 1.1.3 香農信息的定義 1.2 信息論與編碼理論的形成與發展 1.3 信息論與編碼理論研究的內容 1.3.1 信息論與編碼理論的研究對象 1.3.2 信息論與編碼理論的研究範疇第2章 信源及信息測度 2.1 信源的分類及數學模型 2.1.1 信源的分類 2.1.2 單符號離散信源的數學模型 2.1.3 多符號離散信源 2.1.4 連續信源及波形信源 2.2 信息的度量——信息熵 2.2.1 無條件概率、聯閤概率與條件概率 2.2.2 自信息 2.2.3 互信息 2.2.4 信息熵 2.2.5 各熵之間的關係 2.2.6 信息熵的基本性質及定理 2.2.7 平均互信息及其特性 2.3 多符號離散平穩信源 2.3.1 消息序列的熵 2.3.2 離散平穩信源的數學模型 2.3.3 離散平穩信源的信息熵和極限熵 2.3.4 馬爾可夫信源的信息熵 2.4 信源的相關性與冗餘度 2.4.1 信源的相關性 2.4.2 冗餘度 2.5 連續信源的熵和互信息 習題第3章 離散信道及其信道容量 3.1 信道的分類及其描述 3.2 單符號離散信道的數學模型 3.2.1 單符號離散信道的概念 3.2.2 一般單符號離散信道的一些概率關係 3.3 信道容量及其計算方法 3.3.1 信道容量的定義 3.3.2 無噪離散信道的信道容量 3.3.3 對稱離散信道的信道容量 3.3.4 準對稱離散信道的信道容量 3.3.5 一般離散信道的信道容量 3.4 多符號離散信道的數學模型 3.5 離散無記憶擴展信道的信道容量 3.6 組閤信道及其信道容量 3.6.1 獨立並聯信道及其信道容量 3.6.2 串聯信道及其信道容量 3.7 信源與信道的匹配 習題第4章 無失真信源編碼 4.1 信源編碼的基本概念 4.1.1 信源編碼 4.1.2 信源編碼的碼字類型及碼樹 4.2 無失真變長信源編碼的特點 4.2.1 定長信源編碼定理 4.2.2 變長編碼的特點 4.2.3 變長編碼存在的問題及應對措施 4.3 信源編碼定理 4.3.1 無失真變長信源編碼定理 4.3.2 統計匹配碼 4.3.3 剋拉夫特不等式 4.4 變長編碼方法 4.4.1 香農—費諾—埃利斯碼 4.4.2 費諾編碼 4.4.3 霍夫曼碼 4.4.4 遊程編碼 4.4.5 算術編碼 4.4.6 通用編碼 習題第5章 信道編碼 5.1 信道編碼定理 5.1.1 信道與差錯 5.1.2 差錯概率與譯碼規則 5.1.3 有噪信道編碼定理 5.2 信道編碼及其基本原理 5.2.1 信道編碼的基本概念 5.2.2 信道編碼的基本原理 5.3 綫性分組碼 5.3.1 綫性分組碼的基本概念 5.3.2 綫性分組碼生成矩陣和一緻監督矩陣 5.3.3 綫性碼的檢錯、糾錯能力 5.3.4 漢明碼 5.3.5 綫性分組碼的編碼 5.3.6 綫性分組碼的譯碼 5.4 循環碼 5.4.1 循環碼的基本概念 5.4.2 循環碼的生成矩陣和監督矩陣 5.4.3 循環碼的編碼 5.4.4 循環碼的譯碼 5.4.5 自動請求重傳方式(ARQ) 5.4.6 循環碼的捕錯譯碼和大數邏輯譯碼 5.4.7 BCH碼和RS碼 5.5 捲積碼 5.5.1 捲積碼的編碼原理 5.5.2 捲積碼的描述 5.5.3 捲積碼的編碼 5.5.4 維特比譯碼 5.6 級聯碼、交織碼及TCM碼 5.6.1 級聯碼 5.6.2 交織碼 5.6.3 TCM碼 5.6.4 前嚮糾錯方式 5.7 Turbo碼 5.7.1 Turbo碼編碼器 5.7.2 Turbo碼譯碼器 5.8 LDPC碼 5.8.1 LDPC碼的定義及其描述 5.8.2 LDPC碼的Tanner圖錶示 5.8.3 LDPC碼的構造 習題第6章 保真度準則下的信源編碼 6.1 失真度和平均失真度 6.1.1 失真度 6.1.2 平均失真度 6.2 信息率失真函數及其性質 6.2.1 信息率失真函數 6.2.2 信息率失真函數的性質 6.3 信息率失真函數的參量錶述及其計算 6.4 二元信源和離散對稱信源的隻(d)函數 6.4.1 二元對稱信源的R(D)函數 6.4.2 離散對稱信源的R(D)函數 6.5 連續信源的信息率失真函數 6.5.1 連續信源的信息率失真函數 6.5.2 高斯信源的信息率失真函數 6.5.3 連續信源R(D)函數的參量錶述及其計算 6.6 保真度準則下的信源編碼定理 6.6.1 保真度準則下的信源編碼定理 6.6.2 限失真信源編碼定理的應用 6.7 標量量化編碼與矢量量化編碼 6.7.1 均勻量化 6.7.2 優量化 6.7.3 矢量量化編碼 6.8 語音壓縮編碼 6.8.1 波形編碼基本原理 6.8.2 參量編碼 6.8.3 混閤編碼 6.9 圖像壓縮編碼 6.9.1 靜止圖像壓縮編碼及JPEG標準 6.9.2 活動圖像壓縮編碼 6.9.3 H.26x建議 6.9.4 MPEG標準 習題第7章 網絡信息論與網絡編碼初步 7.1 網絡信息論概述 7.1.1 網絡信息論研究的基本問題及內容 7.1.2 網絡信息論的應用 7.2 網絡的信道容量 7.2.1 多址係統 7.2.2 廣播信道 7.2.3 相關信源的多用戶信道問題 7.3 無綫信道 7.3.1 信道模型 7.3.2 圓對稱復數高斯矢量 7.3.3 MIMO高斯信道容量 7.4 網絡編碼技術 7.4.1 網絡編碼的基本原理 7.4.2 綫絡編碼 習題第8章 通信係統的保密與安全 8.1 密碼係統和密碼體製 8.1.1 密碼體製的基本組成 8.1.2 密碼編碼和密碼分析 8.1.3 經典密碼體製 8.1.4 安全保密性與性 8.2 對稱加密體製 8.2.1 數據加密標準DES 8.2.2 DES密碼的演化設計 8.3 公開密鑰密碼 8.3.1 單鑰密碼體製存在的問題 8.3.2 公開密鑰的一般原理 8.3.3 RSA體製 8.4 認證技術 8.4.1 消息認證係統 8.4.2 消息認證碼和消息認證 8.4.3 身份認證 8.4.4 數字 8.5 認證鑒權與加密在通信係統中的應用 8.5.1 GSM係統的認證鑒權與加密 8.5.2 WCDMA係統的認證鑒權與加密 8.5.3 CDMA2000係統的認證鑒權與加密 習題參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《信息論基礎與編碼原理》 內容簡介： 本書深入探討瞭信息論的核心概念及其在現代通信、數據存儲與處理等領域的廣泛應用。全書共分十八章，從信息熵的概念入手，層層遞進，係統地闡述瞭信息傳輸的理論極限、信源編碼、信道編碼以及解碼等關鍵技術。本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的知識體係，使其能夠理解信息傳輸的根本原理，並掌握設計高效可靠的信息係統所需的基本工具和方法。 第一部分：信息論基礎 第一章：信息的度量與熵 本章首先引入“信息”這一基本概念，並將其量化。我們將探討信息量與事件發生概率之間的關係，引齣信息熵的概念，它是衡量不確定性或信息量的基本工具。通過一係列生動形象的例子，讀者將理解不同概率分布下熵的差異，以及熵在信息源特性分析中的作用。我們將介紹孤立事件的信息量、聯閤熵、條件熵以及互信息的概念，揭示不同隨機變量之間信息量的傳遞與約束關係。 第二章：信源編碼定理 在理解瞭信息的度量之後，本章將聚焦於如何高效地錶示信息。我們將介紹無損信源編碼（數據壓縮）的基本思想，並深入分析香農第一定理，即信源編碼定理。該定理闡述瞭信源的平均信息量（熵）是其無損壓縮的理論極限。我們將詳細介紹幾種經典的無損信源編碼方法，包括霍夫曼編碼、算術編碼和遊程長度編碼，並分析它們的編碼效率和適用場景。通過這些編碼方法的學習，讀者將能理解如何在不丟失信息的前提下，減少數據的冗餘度。 第三章：信道容量與香農第二定理 本章將視角轉嚮信息的傳輸過程。我們將引入“信道”的概念，以及描述信道特性的關鍵參數，如輸入字母錶、輸齣字母錶和轉移概率。在此基礎上，我們將定義互信息的概念，並將其推廣到信道互信息，作為衡量信道傳輸信息能力的指標。本書的重中之重是香農第二定理，即信道容量定理。該定理揭示瞭在給定噪聲乾擾的信道中，信息傳輸的理論最大速率。我們將深入剖析信道容量的計算方法，並探討影響信道容量的因素，如信道帶寬、信噪比等。 第四章：信息傳輸的效率與噪聲 本章將進一步深化對信息傳輸效率的理解。我們將探討編碼效率、傳輸速率以及信道利用率等概念，分析如何衡量一個通信係統的性能。同時，我們將詳細討論信息在傳輸過程中麵臨的各種噪聲乾擾，包括加性高斯白噪聲（AWGN）、衰落信道等，並分析這些噪聲對信息傳輸造成的影響。我們將引入誤碼率（BER）和信息速率等指標來量化傳輸的可靠性。 第二部分：編碼理論與技術 第五章：綫性分組碼 本章開始進入信道編碼的範疇，旨在通過引入冗餘信息來抵抗噪聲乾擾，提高信息傳輸的可靠性。我們將介紹綫性分組碼的基本概念，如碼字、碼組長度、信息位長度、冗餘位長度以及碼率。重點講解生成矩陣和校驗矩陣，以及如何利用它們進行碼字的生成和差錯檢測。我們將詳細介紹漢明碼（Hamming codes），它們是簡單但功能強大的糾錯碼，能夠檢測和糾正單比特錯誤。 第六章：捲積碼 與分組碼不同，捲積碼不將輸入數據分成獨立的塊進行編碼，而是將輸入信息流與一個“窗口”內的先前輸入相關聯。本章將深入介紹捲積碼的編碼原理，包括其編碼器結構（移位寄存器和模2加法器）以及約束長度的概念。我們將重點講解Viterbi譯碼算法，這是一種最優的搜尋碼字的算法，能夠有效地解碼捲積碼。 第七章：代數碼——有限域基礎 為瞭構建更強大的糾錯碼，本章將引入抽象代數中的有限域（Galois Field）概念。我們將詳細介紹有限域的運算規則，包括加法、乘法、零元、幺元等，並探討不同階數的有限域。有限域是許多先進代數碼（如BCH碼、RS碼）的數學基礎，理解有限域的性質對於掌握這些編碼至關重要。 第八章： BCH碼 BCH碼是一類非常重要的多重錯誤糾正碼，能夠糾正多達t個隨機錯誤。本章將詳細介紹BCH碼的構造原理，包括其生成多項式的確定方法，以及如何基於有限域的本原多項式來構造。我們將解釋BCH碼的譯碼過程，包括伴隨式計算、誤差定位多項式的求解等，這些過程通常涉及Berlekamp-Massey算法等。 第九章：裏德-所羅門碼 (RS碼) RS碼是BCH碼的一種特殊情況，它基於符號（而非比特）進行編碼和糾錯。本章將深入探討RS碼的構造和譯碼。RS碼在實際應用中極為廣泛，例如CD/DVD、QR碼、通信係統等。我們將重點講解RS碼的生成多項式，以及其譯碼過程，特彆是基於Chien搜索和Bahl-Cocke算法的誤差定位方法。 第十章：循環碼 循環碼是一類特殊的綫性分組碼，其碼字具有循環移位不變的性質。本章將介紹循環碼的代數結構，包括其生成多項式和校驗多項式，以及它們之間的關係。我們將探討如何高效地生成和檢測循環碼的碼字，並介紹一些重要的循環碼傢族，如 BCH碼和RS碼（它們可以被看作是循環碼）。 第十一章：交織技術 交織技術是一種通過重新排列信息比特的順序來提高編碼係統在突發錯誤信道中的性能的方法。本章將介紹交織的原理，包括行交織、列交織以及塊交織等方式。我們將分析交織如何將突發錯誤分散成獨立的隨機錯誤，從而使解碼器能夠更有效地進行糾錯。 第十二章：Turbo碼 Turbo碼是20世紀90年代中期齣現的一種性能卓越的糾錯碼，其性能接近香農限。本章將深入介紹Turbo碼的結構，它通常由兩個並行的捲積碼和一個交織器組成。我們將重點講解Turbo碼的迭代譯碼算法，例如BCJR算法的近似應用，以及它們如何通過多次迭代來逐步逼近最優譯碼。 第十三章：LDPC碼 LDPC碼（低密度奇偶校驗碼）是另一類性能非常接近香農限的糾錯碼，並且在實際應用中越來越受到重視。本章將介紹LDPC碼的設計原理，特彆是其稀疏校驗矩陣的構造方法。我們將重點講解LDPC碼的譯碼算法，如消息傳遞算法（Message Passing Algorithm）及其變種，並分析其收斂性能。 第三部分：高級主題與應用 第十四章：信道模型與性能分析 本章將擴展對信道模型的討論，介紹更復雜的信道模型，如衰落信道（瑞利衰落、萊斯衰落）和多徑信道。我們將分析不同信道模型對信息傳輸性能的影響，並介紹評估和優化通信係統在這些信道下性能的方法。 第十五章：信息論在密碼學中的應用 信息論與密碼學之間存在深刻的聯係。本章將探討信息論在密碼學中的應用，包括秘密共享、信息論安全（information-theoretic security）等概念。我們將解釋如何利用信息熵和互信息來分析密碼係統的安全強度，以及如何設計信息論安全的加密方案。 第十六章：信息論在機器學習中的應用 信息論的思想和工具在機器學習領域扮演著越來越重要的角色。本章將介紹信息論在機器學習中的應用，例如信息增益（Information Gain）在決策樹構建中的作用，互信息用於特徵選擇，以及KL散度（Kullback-Leibler Divergence）在衡量概率分布差異中的應用。 第十七章：信息論在數據壓縮與存儲中的應用 除瞭信源編碼，信息論的原理也深刻影響著數據壓縮和存儲技術。本章將迴顧並擴展之前關於無損數據壓縮的內容，並介紹有損數據壓縮的基本思想。我們將探討熵編碼與字典編碼（如LZ係列算法）的結閤，以及信息論在設計高效文件格式（如JPEG, MP3）中的作用。 第十八章：未來發展趨勢 本章將展望信息論與編碼技術未來的發展方嚮。我們將討論新興的編碼技術，如極化碼（Polar Codes）在5G通信中的應用，以及它們在理論和實踐上的突破。此外，我們還將探討信息論在量子信息、生物信息學等前沿領域的潛在應用。 本書力求理論聯係實際，在介紹理論知識的同時，輔以大量的例題和習題，幫助讀者鞏固所學內容。本書適閤通信工程、電子工程、計算機科學等專業的本科生、研究生學習，也可作為相關領域的研究人員和工程技術人員的參考書。通過對本書的學習，讀者將能建立紮實的信息論與編碼理論基礎，為解決信息傳輸與處理中的實際問題奠定堅實的理論基石。

評分☆☆☆☆☆

閱讀體驗中，教材後部的附錄和習題部分的設計尤其值得稱贊。通常教材的習題往往是機械重復的計算，讓人倍感乏味。然而，這本教材的習題顯然經過瞭精心設計，它們巧妙地服務於章節的知識點鞏固，並且具有一定的啓發性。更棒的是，書中似乎還提供瞭一些拓展閱讀的建議或更深層次的思考題，這些內容真正體現瞭“工具書”的價值，而非僅僅是課堂講義的簡單復製。對於自學者而言，能夠從這些引導性的材料中發現下一步的學習方嚮，是極其寶貴的資源。此外，書後提供的索引也做得非常細緻到位，查閱特定術語或公式時，能夠迅速定位，這大大提高瞭復習和查找的效率，體現瞭齣版方對學術工具的尊重。

評分☆☆☆☆☆

我注意到作者在內容的廣度和深度上進行瞭精妙的取捨。一方麵，它覆蓋瞭信息論和編碼領域的核心經典內容，確保瞭知識體係的完整性和基礎的紮實性；另一方麵，它並沒有將篇幅浪費在那些已經被新的技術範式取代的過時算法上。對於那些需要快速掌握現代通信和數據壓縮技術的人來說，這本書提供瞭一個高效的學習路徑。例如，在討論信道編碼時，它對現代迭代譯碼的思想給予瞭足夠的篇幅，並且對這些復雜譯碼過程的收斂性和性能邊界進行瞭清晰的分析，這在一些老舊的教材中是難以找到的深度。這種與時俱進的內容組織，證明瞭編著者在學術前沿保持著敏銳的洞察力，使得這本書的生命力得以延長，不僅僅是一份曆史記錄，更是一份實用的現代參考手冊。

評分☆☆☆☆☆

我必須得說，這本書的邏輯推進簡直是教科書級彆的典範。它不是簡單地堆砌公式和定義，而是建立瞭一個非常穩固且層層遞進的知識體係。作者似乎非常懂得如何將復雜的概念“切片”處理，從最基礎的概率論和信息度量開始，逐步過渡到信源編碼、信道編碼，最後觸及到一些前沿的研究方嚮。每一步的銜接都如同精密的齒輪咬閤，不會讓人産生“為什麼突然跳到這裏”的睏惑。特彆是對熵（Entropy）的引入和闡述，它沒有急於給齣復雜的數學推導，而是先從信息論的哲學層麵和實際意義上進行瞭深入的淺齣地剖析，讓人立刻能抓住其核心思想。這種由淺入深、注重直覺培養的敘述方式，對於那些基礎相對薄弱但求知欲強的學習者來說，無疑是一劑強心針。它成功地避免瞭許多同行教材中常見的“一步登天”的弊病，真正做到瞭對初學者友好，對深入研究者也同樣具有參考價值。

評分☆☆☆☆☆

這本書最大的優點，體現在它對理論與實踐的平衡拿捏得恰到好處。它沒有沉溺於純粹的數學抽象，而是時刻不忘提醒讀者，這些優美的數學理論是如何在現實世界的通信和數據存儲中發揮作用的。書中穿插瞭大量的應用案例，比如香農的限度如何在實際係統中被逼近，各種經典編碼（如霍夫曼、L-Z、捲積碼等）的實際編碼過程和效率對比分析，都描述得非常具體。這些案例不是簡單地羅列，而是深入到算法的層麵，展示瞭理論是如何轉化為可操作的技術細節的。這種“知道是什麼”和“知道怎麼做”的結閤，使得學習過程不再是孤立的公式記憶，而是一種能力的構建。讀者在讀完一章後，會有一種強烈的衝動去思考如何用這些工具解決具體工程問題，這比單純通過習題集來檢驗學習效果要有效得多。

評分☆☆☆☆☆

這本教材的排版和裝幀實在令人耳目一新，開本適中，拿在手裏感覺很舒服。封麵設計簡潔大氣，透著一股嚴謹的學術氣息，一看就是經過精心打磨的作品。內頁紙張質量上乘，印刷清晰，字跡飽滿，長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞。尤其值得稱贊的是，書中的圖錶繪製得極為精美和準確，復雜的數學公式和邏輯流程圖都能夠一目瞭然，這對於理解抽象的理論概念至關重要。很多理工科教材往往在視覺呈現上敷衍瞭事，但這本教材顯然在這方麵下瞭大功夫，足見編者對教學質量的重視程度。每一章的標題和章節結構都安排得井井有條，目錄的層次感分明，方便讀者快速定位自己需要學習的內容。即便是初次接觸這門學科的讀者，也能通過清晰的版式設計感受到一種結構化的引導，仿佛有一位經驗豐富的導師在旁邊耐心梳理著知識脈絡。這種對細節的關注，極大地提升瞭閱讀體驗，讓枯燥的學習過程變得相對愉悅。