信息論與編碼(第3版)/“十二五”普通高等教育本科規劃教材 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陳運，周亮，陳新，陳偉建 著

圖書標籤:

• 信息論
• 編碼學
• 通信原理
• 數字通信
• 信道編碼
• 信息傳輸
• 高等教育
• 教材
• 電子工程
• 計算機科學

店鋪： 玖創圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121277009

商品編碼：29788458809

包裝：平裝

齣版時間：2015-12-01

基本信息

書名：信息論與編碼(第3版)/“十二五”普通高等教育本科規劃教材

定價：35.90元

作者：陳運,周亮,陳新,陳偉建

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2015-12-01

ISBN：9787121277009

字數：

頁碼：208

版次：3

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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本書為“十二五”普通高等教育本科規劃教材。本書係統介紹和論述瞭信息的基本概念；信息論的起源、發展及研究內容；香農信息論的三個基本概念：信源熵、信道容量和信息率失真函數，以及與這三個概念相對應的三個編碼定理；解決通信係統有效性、可靠性和安全性的三類編碼：信源編碼、信道編碼和安全編碼――密碼的基本方法，以及密碼安全性與信息論的關係等內容。為瞭便於教學和讀者自學，每章後麵都附有習題。

目錄

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章 概論t（1）
1．1 信息的概念和分類t（1）
1．1．1 信息的概念t（1）
1．1．2 信息的分類t（4）
1．2 信息論的起源和發展t（4）
1．2．1 信息論創立的理論基礎和
技術條件t（4）
1．2．2 信息論的誕生和發展現狀t（5）
1．2．3 信息論的未來發展趨勢t（6）
1．3 信息論的研究內容t（7）
1．3．1 通信係統模型t（7）
1．3．2 信息論研究內容t（7）
思考題t（8）
第2章 離散信源熵t（9）
2．1 基本概念t（9）
2．2 離散信源熵的基本概念和性質t（9）
2．2．1 單符號離散信源的數學模型t（10）
2．2．2 自信息量及其性質t（10）
2．2．3 信源熵及其性質t（13）
2．3 多符號離散平穩信源熵t（19）
2．3．1 多符號離散平穩信源的
數學模型t（19）
2．3．2 離散平穩無記憶信源熵t（20）
2．3．3 離散平穩有記憶信源熵t（22）
2．3．4 馬爾可夫信源的極限熵t（25）
2．3．5 冗餘度、自然語信源及
信息變差t（29）
習題t（31）
第3章 無失真離散信源編碼t（33）
3．1 基本概念t（33）
3．2 離散無失真信源編碼定理t（33）
3．2．1 定長編碼定理t（34）
3．2．2 變長編碼定理t（35）
3．2．3 碼字可譯條件t（36）
3．3 香農編碼t（38）
3．4 費諾編碼t（39）
3．5 赫夫曼編碼t（40）
3．6 遊程組閤編碼t（44）
習題t（47）
第4章 離散信道容量t（49）
4．1 互信息量和平均互信息量t（49）
4．1．1 單符號離散信道的數學模型t（49）
4．1．2 互信息量及其性質t（49）
4．1．3 平均互信息量及其性質t（52）
4．1．4 各種熵之間的關係t（62）
4．2 單符號離散信道的信道容量t（63）
4．2．1 單符號離散信道容量定義t（63）
4．2．2 幾種特殊離散信道的信道容量t（64）
4．2．3 離散信道容量的一般計算方法t（69）
4．3 多符號離散信道的信道容量t（71）
4．3．1 多符號離散信道的數學模型t（71）
4．3．2 多符號離散信道容量定義t（72）
4．3．3 離散無記憶擴展信道的信道
容量t（73）
4．3．4 獨立並聯信道的信道容量t（75）
4．4 網絡信息論t（76）
4．4．1 多址接入信道的信道容量t（77）
4．4．2 廣播信道的信道容量t（79）
4．4．3 相關信源的邊信息和公信息t（80）
習題t（82）
第5章 糾錯編碼t（85）
5．1 糾錯編碼的基本概念t（85）
5．1．1 差錯控製係統模型及分類t（85）
5．1．2 糾錯編碼分類t（86）
5．1．3 譯碼準則t（87）
5．1．4 信道編碼定理t（88）
5．2 綫性分組碼t（88）
5．2．1 綫性分組碼的基本概念t（88）
5．2．2 綫性分組碼的編碼t（88）
5．2．3 綫性分組碼的譯碼t（89）
5．2．4 典型碼例t（92）
5．3 循環碼t（95）
5．3．1 循環碼的基本概念t（95）
5．3．2 循環碼的描述t（96）
5．3．3 循環碼的伴隨多項式與檢錯t（101）
5．3．4 BCH碼與RS碼t（102）
5．4 捲積碼t（104）
5．4．1 捲積碼的矩陣描述t（104）
5．4．2 捲積碼的多項式描述t（107）
5．4．3 捲積碼的狀態轉移圖與
柵格描述t（109）
5．4．4 維特比(Viterbi)譯碼算法t（112）
習題t（117）
第6章 連續信源熵和信道容量t（121）
6．1 連續信源熵t（121）
6．1．1 連續信源熵的定義t（121）
6．1．2 幾種特殊連續信源的信源熵t（123）
6．1．3 連續信源熵的性質和定理t（125）
6．2 熵功率t（129）
6．3 連續信道的信道容量t（131）
6．3．1 連續信道的數學模型及信道
容量定義t（131）
6．3．2 加性連續信道容量計算和
香農公式t（131）
習題t（133）
第7章 信息率失真函數t（135）
7．1 基本概念t（135）
7．1．1 失真函數與平均失真度t（136）
7．1．2 信息率失真函數的定義t（139）
7．1．3 信息率失真函數的性質t（140）
7．2 離散信源信息率失真函數t（143）
7．2．1 離散信源信息率失真函數的
參量錶達式t（144）
7．2．2 二元及等概率離散信源的信息率
失真函數t（146）
7．3 連續信源信息率失真函數t（150）
7．3．1 連續信源信息率失真函數的
參量錶達式t（150）
7．3．2 高斯信源的信息率失真函數t（151）







7．4 信息價值t（154）
7．5 信道容量與信息率失真
函數的比較t（157）
習題t（157）
第8章 限失真信源編碼t（159）
8．1 基本概念t（159）
8．2 保真度準則下的信源編碼定理t（159）
8．3 量化編碼t（160）
8．3．1 佳標量量化編碼t（160）
8．3．2 矢量量化編碼t（164）
8．4 相關信源編碼t（167）
8．4．1 預測編碼t（167）
8．4．2 差值編碼t（169）
8．5 變換編碼t（172）
8．5．1 子帶編碼t（172）
8．5．2 小波變換t（173）
習題t（175）
第9章 密碼安全性的信息論測度
方法t（177）
9．1 基本知識t（177）
9．1．1 保密通信係統模型t（177）
9．1．2 密碼基本概念t（178）
9．2 密碼算法的安全性測度t（178）
9．2．1 完善保密性t（179）
9．2．2 解距離t（180）
9．3 古典代替密碼的安全性分析t（180）
9．3．1 加法密碼的安全性分析t（181）
9．3．2 乘法密碼的安全性分析t（183）
9．3．3 仿射密碼的安全性分析t（185）
9．4 邊信息泄露的互信息分析t（186）
9．4．1 數據加密標準簡介t（186）
9．4．2 DES算法的邊信道安全性分析t（188）
習題t（191）
參考文獻

作者介紹

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陳運，電子科技大學通信與信息工程學院教授，主要從事信息論、信息安全等方麵的教學、科研等工作，主持編寫瞭國傢十一五、十二五規劃教材

文摘

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序言

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數學的語言，信息的律動：探索信息論與編碼的深層奧秘 在信息爆炸的時代，理解和駕馭信息已成為一項核心能力。從電子郵件到高清視頻，從基因序列到宇宙深處的信號，信息無處不在，其傳輸、存儲和處理的效率與可靠性，直接關係到我們科技發展的速度和人類社會的進步。而信息論與編碼，正是揭示信息本質、設計高效信息係統的理論基石。本書將帶領您踏上一段迷人的數學之旅，深入探索信息世界最根本的規律，解鎖信息傳輸的極限，並掌握構建可靠通信與存儲係統的藝術。 第一章：信息之源——離散無記憶信源與熵的革命 我們將從最基礎的概念齣發：信源。什麼是信息？信息量如何衡量？本章將引入“離散無記憶信源”這一核心模型，它模擬瞭許多實際場景，例如獨立拋擲硬幣、每次獨立地吐齣某個字符的打字機等。在這裏，我們將接觸到信息論的靈魂——熵（Entropy）。熵，這個看似抽象的數學概念，實際上是衡量一個信源不確定性或平均信息量的精確尺度。一個高熵的信源，意味著每次輸齣都充滿驚喜，其信息量更大；反之，低熵的信源則 predictability 較高，信息量相對較小。 我們將學習如何計算離散無記憶信源的熵，並深入理解其性質。例如，當所有可能輸齣的概率相等時，熵達到最大值，這直觀地解釋瞭為什麼隨機性越高，信息量越大。我們還會探討聯閤熵和條件熵，它們幫助我們理解多個隨機變量之間的關係，以及在一個變量已知的情況下，另一個變量的不確定性。這將為我們後續理解更復雜的信息係統奠定堅實的基礎。 第二章：溝通的橋梁——離散信道與信道容量的極限 有瞭信息源，我們自然需要考慮信息的傳輸。本章將引入“離散信道”的概念，這是信息的載體，是將信息從發送端傳遞到接收端的媒介。信道並非完美，它會引入噪聲，導緻信息失真。我們將分析各種類型的離散信道，如二元對稱信道（BSC）、二元刪除信道等，並學習如何量化信道中的噪聲水平。 核心在於互信息（Mutual Information）。互信息衡量瞭接收到的信號包含瞭發送信號多少信息。它揭示瞭信道是如何“泄露”發送端信息的，以及在噪聲乾擾下，我們能保留多少原始信息。在此基礎上，我們將迎來信息論中最具裏程碑意義的概念之一——信道容量（Channel Capacity）。信道容量定義瞭在給定信道上，能夠可靠傳輸信息的最大速率。它是一個理論上的上限，一旦傳輸速率超過信道容量，信息的可靠傳輸將變得不可能。我們將探討影響信道容量的因素，並理解其在通信係統設計中的至關重要性。 第三章：壓縮的智慧——信源編碼與無損壓縮的藝術 信息的傳輸往往伴隨著冗餘，而冗餘是信息存儲和傳輸效率的敵人。信源編碼的目標就是去除這些冗餘，以最緊湊的方式錶示信息，從而節省存儲空間和傳輸帶寬。本章將深入探討信源編碼的原理和方法，重點關注無損壓縮。 我們將學習香農第一定理（或稱無損編碼定理），它指齣，任何信源的平均碼長不能小於其熵。這意味著熵是無損壓縮的理論極限。在此基礎上，我們將介紹幾種經典的無損壓縮算法，如霍夫曼編碼（Huffman Coding）。霍夫曼編碼是一種基於頻率的變長編碼方法，它為齣現頻率高的符號分配短碼字，為齣現頻率低的符號分配長碼字，從而實現整體碼長的最小化。我們將詳細分析霍夫曼編碼的構建過程及其性能。 此外，我們還會觸及算術編碼（Arithmetic Coding），它通常能比霍夫曼編碼獲得更接近熵的壓縮率，並且在處理概率分布不均勻的符號時錶現更佳。通過理解這些編碼技術，您將能夠深刻體會如何從數學上剝離冗餘，實現信息的精煉。 第四章：信號的守護——信道編碼與糾錯碼的威力 在信息傳輸過程中，噪聲是不可避免的，它會引入錯誤。信道編碼的目的就是在信息中添加冗餘，使得接收端能夠檢測到錯誤，甚至糾正錯誤，從而提高信息傳輸的可靠性。本章將聚焦於信道編碼，探索構建容錯係統的奧秘。 我們將從最基礎的綫性分組碼（Linear Block Codes）入手，如重復碼、奇偶校驗碼。這些簡單的編碼方式能夠檢測到特定數量的錯誤。隨後，我們將深入學習更強大的編碼技術，如海明碼（Hamming Codes），它們不僅能檢測錯誤，還能糾正一定數量的單個錯誤。 更進一步，我們將探索循環碼（Cyclic Codes），如BCH碼（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem codes）和裏德-所羅門碼（Reed-Solomon codes）。這些編碼在現代通信和存儲係統中扮演著至關重要的角色，尤其在CD、DVD、衛星通信、數據存儲等領域有著廣泛應用。裏德-所羅門碼的強大糾錯能力，能夠有效對抗突發性錯誤，是實現高可靠通信的關鍵。我們將學習它們的編碼和譯碼原理，並理解它們為何如此強大。 第五章：概率的導航——最大似然譯碼與貝葉斯判決 接收端接收到包含噪聲的信號後，如何從中恢復齣最可能發送的原始信息？本章將引入譯碼的概念，它是信道編碼的逆過程，旨在從帶有噪聲的接收信號中推斷齣原始信息。 我們將學習最大似然譯碼（Maximum Likelihood Decoding），它是一種經典的譯碼策略，旨在找到最有可能産生接收到的信號的原始發送碼字。雖然在理論上最優，但在計算上可能非常復雜。 為瞭應對復雜情況，我們將探討最大後驗概率（MAP）譯碼，以及基於貝葉斯定理（Bayes' Theorem）的貝葉斯判決（Bayesian Decision）。這些方法利用接收信號的統計特性和信道的噪聲模型，計算齣各個可能發送碼字齣現的後驗概率，並選擇概率最大的碼字作為譯文。我們還會討論一些更實際的譯碼算法，如軟判決譯碼（Soft-Decision Decoding），它利用瞭接收信號的幅度信息（而不僅僅是硬判決後的0或1），從而獲得更好的譯碼性能。 第六章：信息世界的演化——捲積碼與現代通信的基石 在前麵章節中，我們主要討論瞭分組碼，即信息被分成固定長度的塊進行編碼。然而，許多實際通信係統使用的是捲積碼（Convolutional Codes）。捲積碼將信息比特流視為連續的，並根據當前輸入比特和之前若乾個輸入比特來生成輸齣碼字。 本章將深入研究捲積碼的結構、編碼方法以及其關鍵的譯碼算法。我們將介紹維特比算法（Viterbi Algorithm），這是捲積碼最著名和最有效的譯碼算法之一。維特比算法通過搜索最優路徑來近似最大似然譯碼，它在實際應用中具有極高的效率和優異的性能，是許多現代通信係統（如Wi-Fi、3G、4G等）不可或缺的一部分。 第七章：糾纏的密碼——多用戶通信與信息論的新疆界 當我們談論信息傳輸時，往往假設是點對點的通信。然而，在實際生活中，我們經常麵臨多用戶通信的場景，例如多颱設備同時訪問互聯網、無綫網絡中的多個用戶共享信道等。這些場景帶來瞭新的挑戰，如乾擾和資源分配。 本章將初步涉足多用戶通信的領域，介紹一些基本概念，如多址接入（Multiple Access）。我們將探討如何設計能夠容忍其他用戶存在的通信係統，以及如何在有限的資源下，最大化整體係統的吞吐量和公平性。這部分內容將為我們打開更廣闊的視野，理解信息論在復雜通信網絡中的應用。 結語 信息論與編碼是一門深刻而優美的學科，它將數學的嚴謹性與信息的奧秘融為一體。通過本書的學習，您將不僅僅掌握一套工程工具，更重要的是，您將能夠從一個全新的視角審視信息，理解信息傳輸的極限，並具備設計高效、可靠信息係統的能力。無論您是未來的通信工程師、計算機科學傢，還是對信息世界充滿好奇的探索者，本書都將為您提供一把開啓信息寶藏的鑰匙，引導您在信息時代的浪潮中，乘風破浪。

評分☆☆☆☆☆

這本厚重的傢夥拿到手裏，首先被它紮實的裝幀震撼瞭。封麵設計得相當專業，那種理工科教材特有的嚴肅感撲麵而來，讓人立刻感覺到這不是一本可以輕鬆翻閱的讀物。我記得當時購買它，主要是衝著“十二五”規劃教材這個名頭去的，總覺得官方推薦的教材在體係上應該是最完備、最權威的。翻開內頁，那種熟悉的印刷字體和排版風格，一下子把我拉迴瞭大學時代對著公式和定理發愁的日子。紙張質量不錯，長時間閱讀也不會覺得刺眼，這一點對於需要啃下大量理論的學科來說至關重要。雖然我個人對這方麵的深入研究興趣並非百分之百濃烈，但僅僅是看到目錄中那些密密麻麻的章節標題，比如“信源編碼的理論極限”、“綫性分組碼的代數結構”之類的，就能體會到作者團隊在梳理知識體係上花費的心血。它給人的感覺就是，隻要你把這裏的每一個概念都弄明白瞭，那麼在信息傳輸和數據壓縮的底層邏輯上，你就不會再有什麼大的睏惑。這種百科全書式的覆蓋麵，是很多輕量級參考書無法比擬的，但同時也意味著，對於初學者而言，入門的門檻可能會設置得比較高，需要相當的毅力和紮實的數學基礎作為支撐。

評分☆☆☆☆☆

我抱著試一試的心態，挑瞭幾個自認為比較晦澀的章節開始攻讀，結果發現這本書的講解風格堪稱教科書中的“硬核玩傢”。它似乎更傾嚮於直接展示數學推導的完整過程，每一個定理的證明都力求嚴謹到位的，幾乎沒有為照顧讀者的理解便利而進行過度的簡化。這種“直給式”的教學方法，對於那些已經具備一定基礎，急需深入理解證明背後的邏輯和數學原理的人來說，簡直是如獲至寶。我尤其欣賞它對一些關鍵引理的論述，雖然過程冗長，但每一步的邏輯跳躍性都控製得非常好，隻要你跟得上，就能清晰地看到結論是如何從基本假設中誕生的。然而，對於像我這種，更傾嚮於先理解“為什麼這樣設計”的直覺性解釋的讀者來說，可能需要配閤其他更具啓發性的輔助材料。這本書更像是理論的“聖經”，而不是“入門導遊”，它為你鋪設瞭最堅實的地基，但如何在這地基上搭建起你自己的理解大廈，還需要讀者自己付齣極大的努力去消化那些密集的符號和公式。

評分☆☆☆☆☆

這本書的習題設計，用一個詞來形容就是“實戰導嚮且頗具挑戰性”。我發現，書末的練習題不僅僅是對公式的簡單代入和驗算，很多題目都設置成瞭開放性的設計或需要綜閤運用多個章節知識點纔能解決的綜閤題。例如，有的題目會要求你基於特定的約束條件，自行設計一種滿足效率要求的編碼方案，並分析其在特定信道下的誤碼率錶現。這種強迫讀者進行“創造性應用”的練習模式，極大地鍛煉瞭工程思維。我記得有幾道題，我花瞭整整一個下午纔勉強得齣滿意的答案，但解決完之後，那種成就感是無與倫比的，因為它意味著我不再是單純的知識接收者，而開始能夠運用這些工具去解決實際問題瞭。盡管它可能不適閤那些隻想應付考試的學生，但對於誌在成為專業工程師或研究人員的讀者來說，這本書提供瞭一個絕佳的實踐沙盤，讓理論學習真正落地生根，變得有血有肉。

評分☆☆☆☆☆

這本書的整體結構安排，體現齣一種非常清晰的遞進關係，從信息論的基礎概念，如熵、互信息，一步步過渡到編碼理論的各個分支。最讓我印象深刻的是它在處理不同編碼方案時的對比分析。比如，在介紹完經典的香農-範諾編碼後，緊接著就引入瞭霍夫曼編碼，並且非常細緻地對比瞭兩者的效率差異，這種並列分析的方式，極大地增強瞭知識點的對比度和衝擊力。它不像有些教材那樣將不同內容割裂開來，而是努力構建一個統一的理論框架。閱讀過程中，我經常會發現，一個在前麵章節看似孤立的理論工具，在後麵的章節中被巧妙地應用起來，解決瞭看似不相關的編碼問題。這種全局觀的培養，是很多單點突破的教程所無法給予的。可以說，這本書不僅僅是在教你“怎麼做”，更是在告訴你“為什麼信息科學的整體結構是這樣的”，這種宏大敘事的構建，讓人讀完後對整個領域産生一種豁然開朗的感覺，仿佛打開瞭一扇通往更深層次理解的大門。

評分☆☆☆☆☆

我記得我那會兒為瞭準備一個與信道容量相關的項目，不得不翻閱這本教材的特定章節。與其他我翻閱過的僅停留在公式陳述的資料不同，這本書在闡述香農的信道編碼定理時，不僅給齣瞭嚴謹的數學論證，還配有非常詳盡的背景鋪墊，解釋瞭為什麼在存在噪聲的信道中，存在一個“容量極限”這一概念的重要性。它不是簡單地扔齣一個結論，而是花瞭大量的篇幅去構建“噪聲信道模型”的物理意義。這種對理論根源的深挖，使得我對那些看似抽象的“噪聲”和“帶寬”有瞭更具象的理解。雖然在閱讀到那些極限分析部分時，我不得不放慢速度，甚至需要藉助草稿紙來輔助推導，但最終的收獲是巨大的。這本書的價值就在於，它迫使你去直麵那些最核心、最難啃的理論堡壘，一旦攻剋，你對該領域認識的深度就會有一個質的飛躍，這遠比記住幾個快速編碼算法的實現要來得更有價值。