叶中行信息论答案
信息论第五章答案解析
5.1 设信源⎭⎬⎫⎩⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡01.01.015.017.018.019.02.0)(7654321x x x x x x x X P X (1) 求信源熵H(X)； (2) 编二进制香农码； (3) 计算平均码长和编码效率。
解： (1)symbolbit x p x p X H i i i /609.2)01.0log 01.01.0log 1.015.0log 15.017.0log 17.018.0log 18.019.0log 19.02.0log 2.0()(log )()(2222222712=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯-=-=∑= (2)(3)%1.8314.3609.2)()(14.301.071.0415.0317.0318.0319.032.03)(=====⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑KX H R X H x p k K ii i η5.2 对信源⎭⎬⎫⎩⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡01.01.015.017.018.019.02.0)(7654321x x x x x x x X P X 编二进制费诺码，计算编码效率。
解：%2.9574.2609.2)()(74.201.041.0415.0317.0218.0319.032.02)(=====⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑KX H R X H x p k K ii i η5.3 对信源⎭⎬⎫⎩⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡01.01.015.017.018.019.02.0)(7654321x x x x x x x X P X 编二进制和三进制哈夫曼码，计算各自的平均码长和编码效率。
解：二进制哈夫曼码：%9.9572.2609.2)()(72.201.041.0415.0317.0318.0319.022.02)(=====⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑KX H R X H x p k K ii i η三进制哈夫曼码：%4.913log 8.1609.2log )()(8.1)01.01.015.017.018.019.0(22.01)(22=⨯====+++++⨯+⨯==∑m LKX H R X H x p k K ii i η5.4 设信源⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡12811281641321161814121)(87654321x x x x x x x x X P X (1) 求信源熵H(X)；(2) 编二进制香农码和二进制费诺码；(3) 计算二进制香农码和二进制费诺码的平均码长和编码效率； (4) 编三进制费诺码；(5) 计算三进制费诺码的平均码长和编码效率；解： (1)symbolbit x p x p X H i i i /984.1128log 1281128log 128164log 64132log 32116log 1618log 814log 412log 21)(log )()(22222222812=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=-=∑==127/64 bit/symbol (2)二进制香农码：二进制费诺码：(3)香农编码效率：%100984.1984.1)()(64/127984.17128171281664153214161381241121)(======⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑KX H R X H x p k K ii i η费诺编码效率：%100984.1984.1)()(984.17128171281664153214161381241121)(=====⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑KX H R X H x p k K ii i η (4)(5)%3.943log 328.1984.1log )()(328.14128141281364133212161281141121)(22=⨯=⋅===⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑m K X H R X H x p k K ii i η5.5 设无记忆二进制信源⎭⎬⎫⎩⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡1.09.010)(X P X先把信源序列编成数字0，1，2，……，8，再替换成二进制变长码字，如下表所示。
信息论基础教材习题答案.docx
第
9.6共有28=256个码字，不能由一个码字的循环产生所有的码字，因为码长为8位，由一个码字循环移位 最多能产生8个码字。
9.7根据伴随式定义:5(x)=j(x) [mod g(x)],由于码多项式都是g(x)的倍式，如果接受矢量y(x)是码多 项式，则它的的伴随式等于0,如果y(Q不是码多项式，则伴随式s(Q不等于0。
0
0
0
0
0
1
1
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
G =
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
0
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
0
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
信息论PPt(叶中行)..
LZ算法
i
反之，对给定的满足上述不等式的一组 (l1，l2，...,lm ),必存在以它们为码字长的一个 即时码
例 设二进制码树中X (a1 , a2 , a3 , a4 ), l1 1, l2 2, l3 2, l4 3, 应用克莱夫特不等式判断是否为唯一 可译码
例 设离散信源 s6 S s1 s2 pi 1 p( s) p p p6 i 1 2 将此信源编码成r元唯一可译码，其对应的码长 为(l1 ,l2 , ,l6 )=(1,1,2,3,2,3),求r值的下限
第3章 数据压缩和信源编码
§3.1 等长码 §3.2 变长编码 §3.3 哈夫曼码 §3.4 香农码和费诺玛
§3.1 等长码
• 信源编码：以提高通信有效性为目的的编码。通常 通过压缩信源的冗余度来实现。采用的一般方法是 压缩每个信源符号的平均比特数或信源的码率。即 同样多的信息用较少的码率传送，使单位时间内传 送的平均信息量增加，从而提高通信的有效性。
*
3.5 通用信源编码
本节将主要介绍 • LZ算法， • 改进的LZ-Welcn 算法 • Kieffer-Yang算法， • LZ算法基于符号串匹配的算法，而LZWelcn 算法是基于字典的算法，它们都是 利用信源输出符号自身的信息来进行压缩 编码。Kieffer-Yang算法（简称YK算法）则 兼顾了字符串匹配和算术码结构的优点。
0 11 00 11
0 10 00 01
1 10 100 1000
1 01 001 0001
6 、同价码: 每个码字占相同的传输时间
7.码的N 次扩展: 若码C :{W1 , W2 ,..., Wq }，B :{Bi (Wi1Wi 2 ...WiN )}，则 码B称为码C的N 次扩展码
信息论第二、三章习题解答
信息论（I ）第二、三章 习题解答4.1 同时掷两个正常的骰子，也就是各面呈现的概率是61，求： （1）“3和5同时出现”这一事件的自信息量。
（2）“两个1同时出现”这一事件的自信息量。
（3）两个点数的各种组合（无序对）的熵或平均信息量。
（4）两个点数之和（即2，3…12构成的子集）的熵。
（5）两个点数中至少有一个是1的自信息。
4.2 消息符号集的概率分布和二进制代码如下表（1）求消息的符号熵。
（2）每个消息符号所需要的平均二进制码的个数或平均代码长度。
进而用这个结果求码序列中的一个二进制码的熵。
（3）当消息是由符号序列组成时，各符号之间若相互独立，求其对应的二进制码序列中出现0和1的无条件概率0p 和1p ，求相邻码间的条件概率10110100,,,P P P P 。
解答见第三章课件！4.3 某一无记忆信源的符号集为{0，1}，已知0p =14，1p =34（1）求符号的平均信息熵。
（2）由100个符号构成的序列，求某一特定序列{例如有m 个“0”和（m -10）个“1”}的自信息量的表达式。
（3）计算（2）中的序列的熵。
解：（1）()()0113014408113,;;log ..i i ix p p bitH x p p symb ∈==∴=-=∑（2）这是一个求由一百个二进制符号构成的序列中的某一特定（如有m 个“0”和100－m 个“1” ）序列的自信息，问题是要求某一特定序列而不是某一类序列（如含有m 个“0”的序列）(){}[]()()()()1001001001001344m 0100-m 110013100441341515844;!!!log log ..m mm m m m mmm m m m m m m mP x where x A x P A C P x m m bit I x P x m x ---⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=∈⎛⎫⎛⎫∴==⎪ ⎪-⎝⎭⎝⎭⎡⎤⎛⎫⎛⎫∴=-=-=+⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦其中含有个“”和个“”（3）这里有两种解法，因为是无记忆信源序列，所以单符号熵转序列熵很容易！()()()121001008113.m bit H X H x x x H x x∴==⨯=另一种解法是利用二项式定理来解。
信息论第五章答案
5.1 设信源⎭⎬⎫⎩⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡01.01.015.017.018.019.02.0)(7654321x x x x x x x X P X (1) 求信源熵H(X)； (2) 编二进制香农码；(3) 计算平均码长和编码效率。
解： (1)symbolbit x p x p X H i i i /609.2)01.0log 01.01.0log 1.015.0log 15.017.0log 17.018.0log 18.019.0log 19.02.0log 2.0()(log )()(2222222712=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯-=-=∑=%1.8314.3609.2)()(14.301.071.0415.0317.0318.0319.032.03)(=====⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑KX H R X H x p k K ii i η5.2 对信源⎭⎬⎫⎩⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡01.01.015.017.018.019.02.0)(7654321x x x x x x x X P X 编二进制费诺码，计算编码效率。
%2.9574.2609.2)()(74.201.041.0415.0317.0218.0319.032.02)(=====⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑KX H R X H x p k K ii i η5.3 对信源⎭⎬⎫⎩⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡01.01.015.017.018.019.02.0)(7654321x x x x x x x X P X 编二进制和三进制哈夫曼码，计算各自的平均码长和编码效率。
解：%9.9572.2609.2)()(72.201.041.0415.0317.0318.0319.022.02)(=====⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑KX H R X H x p k K ii i η%4.913log 8.1609.2log )()(8.1)01.01.015.017.018.019.0(22.01)(22=⨯====+++++⨯+⨯==∑m LK X H R X H x p k K ii i η5.4 设信源⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡12811281641321161814121)(87654321x x x x x x x x X P X (1) 求信源熵H(X)；(2) 编二进制香农码和二进制费诺码；(3) 计算二进制香农码和二进制费诺码的平均码长和编码效率； (4) 编三进制费诺码；(5) 计算三进制费诺码的平均码长和编码效率；解： (1)symbolbit x p x p X H i i i /984.1128log 1281128log 128164log 64132log 32116log 1618log 814log 412log 21)(log )()(22222222812=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=-=∑==127/64 bit/symbol (2)二进制费诺码：香农编码效率：%100984.1984.1)()(64/127984.17128171281664153214161381241121)(======⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑KX H R X H x p k K ii i η费诺编码效率：%100984.1984.1)()(984.17128171281664153214161381241121)(=====⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑KX H R X H x p k K ii i η(5)%3.943log 328.1984.1log )()(328.14128141281364133212161281141121)(22=⨯=⋅===⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑m K X H R X H x p k K ii i η5.5 设无记忆二进制信源⎭⎬⎫⎩⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡1.09.010)(X P X先把信源序列编成数字0，1，2，……，8，再替换成二进制变长码字，如下表所示。
信息论第一章(叶中行)
定理1.3.1
D(p||q) 0，且等号成立的充要条件是，
（ p x）=q(x)对所有的x 成立。
系1.3.2 (熵最大定理)H(X ) log ，其中等号成立的 充要条件是X 服从均匀分布（ p x）= 母集中所包含元素的个数。 1
，其中 表示字
系1.3.2 (熵最大定理)H(X ) log ，其中等号成立的 充要条件是X 服从均匀分布（ p x）= 母集中所包含元素的个数。 1
x
=- （ p x） p( y | x) log p( y | x)
x y
=- p ( x, y ) log p ( y | x)
x y
=-Elogp (Y | X )
定理 1.2.2（链法则） H （X,Y） = H （X）+ H （Y | X）
定理 1.2.2（链法则） H （X,Y） = H （X）+ H （Y | X）
注1： 由于X 和Y的对称性，可知 H （X,Y） = H （Y）+ H （X | Y）=H （Y , X）
注2： 类似于H （Y | X），我们可以定义 H （Y , Z | X）如下： H （Y , Z | X）=- p( x, y, z ) log p( y, z | x)
x y z
第1章 随机变量的信息度量
§1.1 自信息 §1.2 熵、联合熵、条件熵 §1.3 相对熵和互信息 §1.4 信息量的一些基本性质 §1.5 广义熵 习题课
§1.1 自信息
• 信息：通信领域指通信的消息；信号处理 方面指包括了数字、数据、图像、语音等 进行运算和处理所需的条件、内容和结果 • 信源：消息的来源。 • 信源的分类：离散信源和连续信源 • 信源的表示方法：用随机变量X表示一个 离散信源，X的可能取值，即信源可能输 出的不同符号用集合χ表示
信息论答案完整版
/8
⎥ ⎦
，其发出的消息为(202
120
130
213
001
203 210 110 321 010 021 032 011 223 210)，求：
(1) 此消息的自信息是多少？
(2) 在此消息中平均每个符号携带的信息量是多少?
解：（1）因为离散信源是无记忆的，所以它发出的消息序列中各个符号是无依赖的，统计独立的。因
在研究香农信源编码定理的同时，另外一部分科学家从事寻找最佳编码（纠错码）的研究工作，并 形成一门独立的分支——纠错码理论。
1959 年香农发表了“保真度准则下的离散信源编码定理”，首先提出了率失真函数及率失真信源 编码定理。从此，发展成为信息率失真编码理论。
香农 1961 年的论文“双路通信信道”开拓了网络信息论的研究。 现在，信息理论不仅在通信、计算机以及自动控制等电子学领域中得到直接的应用，而且还广泛地 渗透到生物学、医学、生理学、语言学、社会学、和经济学等领域。
I (a4
=
3)
=
− log
P(a4 )
=
− log
1 8
=
log2
8=3(比特)
此消息中共有 14 个符号“0”，13 个符号“1”，12 个符号“2”和 6 个符号“3”，则此消息的自
信息是
I = 14I (a1 = 0) +13I (a2 = 1) +12I (a3 = 2) + 6I (a4 = 3) ≈ 14×1.415 +13× 2 +12× 2 + 6× 3 ≈ 87.71(比特)
此，此消息的自信息就等于各个符号的自信息之和。则可得：
I
(a1
=
信息论基础
教师：吴旭 手机：18236888638 Email：wuxu@
1
信息论与编码原理
教பைடு நூலகம்： 曹雪虹,张宗橙．信息论与编码(第二版)． 9 2009 北京：清华大学出版社，200
2
参考书：
1.叶中行．信息论基础．北京：高等教育出版社， 2.孙丽华，陈荣伶 ．信息论与编码．江西：科学技 术出版社，2002 3.田丽华．编码理论．西安：西安电子科技大学 出版社，2003 4.张鸣瑞，邹世开．编码理论．北京：北京航天航空 出版社，1990 5. 姜丹．信息论与编码．北京：中国科学技术大学 出版社， 2004 6. 曹雪虹，张宗橙．信息论与编码．北京：北京邮 电大学出版社， 2001 7. 傅祖芸．信息理论与编码学习辅导及精选题 解．北京：电子工业出版社，2004
1.2 通信系统的模型
�
�
通信系统的模型是什么？各部件的功能 作用是什么？ 通信系统的性能指标有哪些？
28
信息论基础的重要性
�
�
�
信息论是信息科学和技术的基本理论，信息科 学大厦的地基； 没有信息论的基础，从事通信与信息领域的研 究和创新是不可能的事情； 总之，信息论是高层次信息技术人才必不可少 的基础知识。
� 信息的基本概念在于它的不确定性，任 何已经确定的事物都不含有信息。 例.如果你问你的同学“明天是星期几”，则 答案中含有多少信息量？ 情况一.你不知道今天是星期几 情况二.你知道今天是星期一 � 通信过程是一种消除不确定性的过程, 不确定性的消除,就获得了信息。 例.同学对你说”你编码原理考试通过了”, 你得到了消息,获得了信息吗?
�
信息：是指各个事物运动的状态及状态变化的方式。 人们从来自对周围世界的观察得到的数据中获得信 息。信息是抽象的意识或知识，它是看不见、摸不 到的。人脑的思维活动产生的一种想法，当它仍储 存在脑子中的时候就是一种信息。信息是信号与消 息的更高表达层次。三个层次中，信号最具体，信 息最抽象。它们三者之间的关系是哲学上的内涵与 外延的关系。
信息论答案完整版
2.7 为了传输一个由字母 A、B、C、D 组成的符号集，把每个字母编码成两个二元码脉冲序列，以“00” 代表 A，“01”代表 B，“10”代表 C，“11”代表 D。每个二元码脉冲宽度为 5ms。
(1) 不同字母等概率出现时，计算传输的平均信息速率? (2) 若每个字母出现的概率分别为{1/5，1/4，1/4，3/10}，试计算传输的平均信息速率? 解：（1）不同字母等概率出现时，符号集的概率空间为：
I (a4
=
3)
=
− log
P(a4 )
=
− log
1 8
=
log2
8=3(比特)
此消息中共有 14 个符号“0”，13 个符号“1”，12 个符号“2”和 6 个符号“3”，则此消息的自
信息是
I = 14I (a1 = 0) +13I (a2 = 1) +12I (a3 = 2) + 6I (a4 = 3) ≈ 14×1.415 +13× 2 +12× 2 + 6× 3 ≈ 87.71(比特)
解：同时掷两个均匀的骰子，也就是各面呈现的概率都是 1/6，总共有 36 种可能的状态，每 种状态出现的概率都是 1/36。 （1）设“3 和 5 同时出现”为事件 A。则在 36 种状态中，有两种可能的情况，即 5+3 和 3+5。则
P( A) = 2 / 36 I ( A) = − log P( A) = log2 18 ≈ 4.17(比特)
（2）此消息中共有 45 个信源符号，携带了 87.81 比特信息量，因此，此消息中平均每个符号携带的信 息量为
I2 = 87.81/ 45 ≈ 1.95(比特)
2.4
信息论课后题答案
2.2 居住某地区的女孩子有25%是大学生，在女大学生中有75%是身高160厘米以上的，而女孩子中身高160厘米以上的占总数的一半。
假如我们得知“身高160厘米以上的某女孩是大学生”的消息，问获得多少信息量？ 解：设随机变量X 代表女孩子学历 X x 1（是大学生） x 2（不是大学）P(X) 0.250.75设随机变量Y 代表女孩子身高Y y 1（身高>160cm ） y 2（身高<160cm ） P(Y) 0.50.5已知：在女大学生中有75%是身高160厘米以上的 即：bit x y p 75.0)/(11=求：身高160厘米以上的某女孩是大学生的信息量即：b i ty p x y p x p y x p y x I 415.15.075.025.0log )()/()(log )/(log )/(11111111=⨯-=-=-= 2.4 设离散无记忆信源⎭⎬⎫⎩⎨⎧=====⎥⎦⎤⎢⎣⎡8/14/1324/18/310)(4321x x x x X P X ，其发出的信息为( 02120130213001203210110321010021032011223210)，求(1) 此消息的自信息量是多少？(2) 此消息中平均每符号携带的信息量是多少？ 解：(1) 此消息总共有14个0、13个1、12个2、6个3，因此此消息发出的概率是：62514814183⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=p 此消息的信息量是：bit p I 811.87log =-=(2) 此消息中平均每符号携带的信息量是：b i t n I 951.145/811.87/==2.9 设有一个信源，它产生0，1序列的信息。
它在任意时间而且不论以前发生过什么符号，均按P(0) = 0.4，P(1) = 0.6的概率发出符号。
(1) 试问这个信源是否是平稳的？ (2) 试计算H(X 2), H(X 3/X 1X 2)及H ∞；(3) 试计算H(X 4)并写出X 4信源中可能有的所有符号。
信息论第二章答案汇总
2.3 同时掷出两个正常的骰子，也就是各面呈现的概率都为1/6，求： (1) “3和5同时出现”这事件的自信息； (2) “两个1同时出现”这事件的自信息；(3) 两个点数的各种组合（无序）对的熵和平均信息量； (4) 两个点数之和（即2, 3, … , 12构成的子集）的熵； (5) 两个点数中至少有一个是1的自信息量。
解： (1)bit x p x I x p i i i 170.4181log )(log )(18161616161)(=-=-==⨯+⨯=(2)bit x p x I x p i i i 170.5361log)(log )(3616161)(=-=-==⨯=(3)两个点数的排列如下： 11 12 13 14 15 16 21 22 23 24 25 26 31 32 33 34 35 36 41 42 43 44 45 46 51 52 53 54 55 56 61 62 63 64 65 66共有21种组合：其中11，22，33，44，55，66的概率是3616161=⨯ 其他15个组合的概率是18161612=⨯⨯symbol bit x p x p X H ii i / 337.4181log 18115361log 3616)(log )()(=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+⨯-=-=∑(4)参考上面的两个点数的排列，可以得出两个点数求和的概率分布如下：symbolbit x p x p X H X P X ii i / 274.3 61log 61365log 365291log 912121log 1212181log 1812361log 3612 )(log )()(36112181111211091936586173656915121418133612)(=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯-=-=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∑(5)bit x p x I x p i i i 710.13611log)(log )(3611116161)(=-=-==⨯⨯=2-42.6 掷两颗骰子，当其向上的面的小圆点之和是3时，该消息包含的信息量是多少？当小圆点之和是7时，该消息所包含的信息量又是多少？ 解：1）因圆点之和为3的概率1()(1,2)(2,1)18p x p p =+=该消息自信息量()log ()log18 4.170I x p x bit =-== 2）因圆点之和为7的概率1()(1,6)(6,1)(2,5)(5,2)(3,4)(4,3)6p x p p p p p p =+++++=该消息自信息量()log ()log6 2.585I x p x bit =-==2.7 设有一离散无记忆信源，其概率空间为123401233/81/41/41/8X x x x x P ====⎛⎫⎛⎫=⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭（1）求每个符号的自信息量（2）信源发出一消息符号序列为{202 120 130 213 001 203 210 110 321 010 021 032 011 223 210}，求该序列的自信息量和平均每个符号携带的信息量 解：122118()log log 1.415()3I x bit p x === 同理可以求得233()2,()2,()3I x bit I x bit I x bit ===因为信源无记忆，所以此消息序列的信息量就等于该序列中各个符号的信息量之和 就有：123414()13()12()6()87.81I I x I x I x I x bit =+++= 平均每个符号携带的信息量为87.811.9545=bit/符号 2-9 “－” 用三个脉冲 “●”用一个脉冲(1) I(●)=Log 4()2= I(－)＝Log 43⎛ ⎝⎫⎪⎭0.415=(2) H= 14Log 4()34Log 43⎛⎝⎫⎪⎭+0.811=2-10(2) P(黑/黑)= P(白/黑)=H(Y/黑)=(3) P(黑/白)= P(白/白)=H(Y/白)=(4) P(黑)= P(白)=H(Y)=2.11 有一个可以旋转的圆盘，盘面上被均匀的分成38份，用1，…，38的数字标示，其中有两份涂绿色，18份涂红色，18份涂黑色，圆盘停转后，盘面上的指针指向某一数字和颜色。
信息论第五章答案
信息论第五章答案本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March设信源⎭⎬⎫⎩⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡01.01.015.017.018.019.02.0)(7654321x x x x x x x X P X (1) 求信源熵H(X)； (2) 编二进制香农码；(3) 计算平均码长和编码效率。
解： (1)symbol bit x p x p X H i i i /609.2)01.0log 01.01.0log 1.015.0log 15.017.0log 17.018.0log 18.019.0log 19.02.0log 2.0()(log )()(2222222712=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯-=-=∑=%1.8314.3609.2)()(14.301.071.0415.0317.0318.0319.032.03)(=====⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑KX H R X H x p k K ii i η对信源⎭⎬⎫⎩⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡01.01.015.017.018.019.02.0)(7654321x x x x x x x X P X 编二进制费诺码，计算编码效率。
%2.9574.2609.2)()(74.201.041.0415.0317.0218.0319.032.02)(=====⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑KX H R X H x p k K ii i η对信源⎭⎬⎫⎩⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡01.01.015.017.018.019.02.0)(7654321x x x x x x x X P X 编二进制和三进制哈夫曼码，计算各自的平均码长和编码效率。
解：%9.9572.2609.2)()(72.201.041.0415.0317.0318.0319.022.02)(=====⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑KX H R X H x p k K ii i η%4.913log 8.1609.2log )()(8.1)01.01.015.017.018.019.0(22.01)(22=⨯====+++++⨯+⨯==∑m LKX H R X H x p k K ii i η设信源⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡12811281641321161814121)(87654321x x x x x x x x X P X (1) 求信源熵H(X)；(2) 编二进制香农码和二进制费诺码；(3) 计算二进制香农码和二进制费诺码的平均码长和编码效率； (4) 编三进制费诺码；(5) 计算三进制费诺码的平均码长和编码效率； 解： (1)symbolbit x p x p X H i i i /984.1128log 1281128log 128164log 64132log 32116log 1618log 814log 412log 21)(log )()(22222222812=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯=-=∑==127/64 bit/symbol (2)香农编码效率：%100984.1984.1)()(64/127984.17128171281664153214161381241121)(======⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑K X H R X H x p k K ii i η费诺编码效率：%100984.1984.1)()(984.17128171281664153214161381241121)(=====⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑K X H R X H x p k K ii i η%3.943log 328.1984.1log )()(328.14128141281364133212161281141121)(22=⨯=⋅===⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑m K X H R X H x p k K ii i η设无记忆二进制信源⎭⎬⎫⎩⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡1.09.010)(X P X 先把信源序列编成数字0，1，2，……，8，再替换成二进制变长码字，如下表所示。
信息论课后习题解答
问男，回答“否”所获得的信息量为：
男，平均回答中含有的信息量为：
同样，女为红绿色盲的概率空间为 问女，回答“是”所获昨的信息量为： 问女，回答“否”所获昨的信息量为： 女，平均回答中含有的信息量为
【2.12】 （1）为了使电视图像获得良好的清晰度和规定的适 当的对比度，需要用 5×105个像素和10个不同亮度电平，求传 递此图像所需的信息率（比特/秒）。并设每秒要传送 30帧图 像，所有像素是独立变化的，且所有亮度电平等概率出现。 （2）设某彩电系统，除了满足对于黑白电视系统的上述要求外， 还必须有30个不同的色彩度，试证明传输这彩色系统的信息率 要比黑白系统的信息率约大2.5倍。 解： （1）每个像素的电平取自10个不同的电平，形成的概率 空间为：
解： 每个像素的电平亮度形成了一个概率空间，如下：
平均每个像素携带的信息量为：
每帧图像由3×105个像素组成，且像素间是独立的，因此每帧图
像含有的信息量为：
平均每个汉字携带的信息量为 择1000字来描述，携带的信息量为
bit/sym; 选
需要汉字个数为：
【2.18】设有一信源，它在开始时以P(a)=0.6， P(b)=0.3, P(c)=0.1的概率发出X1。如果X1为a时，则 X2为 a、b、c 的概 率为1/3；如果X1为b时，则X2为 a、b、c 的概率为1/3；如果X1 为c时，则X2为a、b的概率为1/2，为c的概率为0。而且后面发 出Xi的概率只与Xi-1有关，又 。试用马尔克夫信源的图示法画出状态 转移图，并计算此信源的熵H∞。
解： 信源为一阶马尔克夫信源，其状态转换图如下所示。
根据上述状态转换图，设状态分别为
P(a)、P(b) 和P(c) ，
信息论习题解答
第二章 信息量和熵2.2 八元编码系统，码长为3，第一个符号用于同步，每秒1000个码字，求它的信息速率。
解：同步信息均相同，不含信息，因此每个码字的信息量为 2⨯8log =2⨯3=6 bit 因此，信息速率为 6⨯1000=6000 bit/s2.3 掷一对无偏骰子，告诉你得到的总的点数为：(a) 7; (b) 12。
问各得到多少信息量。
解：(1) 可能的组合为 {1，6},{2，5},{3，4},{4，3},{5，2},{6，1})(a p =366=61 得到的信息量 =)(1loga p =6log =2.585 bit (2) 可能的唯一，为 {6，6} )(b p =361 得到的信息量=)(1logb p =36log =5.17 bit2.4 经过充分洗牌后的一副扑克（52张），问：(a) 任何一种特定的排列所给出的信息量是多少？(b) 若从中抽取13张牌，所给出的点数都不相同时得到多少信息量？解：(a) )(a p =!521 信息量=)(1loga p =!52log =225.58 bit (b) ⎩⎨⎧⋯⋯⋯⋯花色任选种点数任意排列13413!13)(b p =1352134!13A ⨯=1352134C 信息量=1313524log log -C =13.208 bit2.9 随机掷3颗骰子，X 表示第一颗骰子的结果，Y 表示第一和第二颗骰子的点数之和，Z表示3颗骰子的点数之和，试求)|(Y Z H 、)|(Y X H 、),|(Y X Z H 、)|,(Y Z X H 、)|(X Z H 。
解：令第一第二第三颗骰子的结果分别为321,,x x x ，1x ，2x ，3x 相互独立，则1x X =，21x x Y +=，321x x x Z ++=)|(Y Z H =)(3x H =log 6=2.585 bit )|(X Z H =)(32x x H +=)(Y H =2⨯(361log 36+362log 18+363log 12+364log 9+365log 536)+366log 6 =3.2744 bit)|(Y X H =)(X H -);(Y X I =)(X H -[)(Y H -)|(X Y H ]而)|(X Y H =)(X H ，所以)|(Y X H = 2)(X H -)(Y H =1.8955 bit或)|(Y X H =)(XY H -)(Y H =)(X H +)|(X Y H -)(Y H而)|(X Y H =)(X H ，所以)|(Y X H =2)(X H -)(Y H =1.8955 bit),|(Y X Z H =)|(Y Z H =)(X H =2.585 bit)|,(Y Z X H =)|(Y X H +)|(XY Z H =1.8955+2.585=4.4805 bit2.10 设一个系统传送10个数字，0，1，…，9。
信息论第五章答案解析
% X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 70.2 0.19 0.18 0.17 0.15 0.1 0.01(1) 求信源熵H(X); (2) 编二进制香农码； (3) 计算平均码长和编码效率解:(1)7H(X) p(^)log 2 p(\)i 1(0.2 log 2 0.2 0.19 log 2 0.19 0.18 log 20.18 0.17 log 20.170.15 log 2 0.15 0.1 log 2 0.1 0.01 log 2 0.01) 2.609 bit/symbolKk i P(X i ) 3 i0.2 30.19 3 0.18 3 0.173.14H(X) H(X)2.609 83.1%⑶3 0.154 0.1 7 0.01RK3.145.1设信源X P(X)5・2对信源PW：2。
爲0X W o'； 0.55 'IO^Ol 编二进制费诺码，计算编码效率解:K “以)2 0.2 3 0.19 3 0.18 2 0.17 3 0.15 4 0.1 4 0.01i2.74虫凶.型遊95.2% R K 2.74各自的平均码长和编码效率解:5.3对信源X P(X)X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 70.2 0.19 0.18 0.17 0.15 0.1 0.01 编二进制和三进制哈夫曼码，计算K k j P(X j) 2 0.2 2 0.19 3 0.18 3 0.17 3 0.15 4 0.1 4 0.01 i2.72H!0 HH!.型95.9%R K 2.72三进制哈夫曼码K k j P(X j )1 0.2 2 (0.19 0.18 0.17 0.15 0.1 0.01)i1.8X X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 X 6 X 7 X 8 5.4设信源1 1 1 1 1 1 1 1 P(X)— — ——— —2 4 8163264 128 128(1)求信源熵H(X);(2)编二进制香农码和二进制费诺码;(3)计算二进制香农码和二进制费诺码的平均码长和编码效率; (4) 编三进制费诺码；(5) 计算三进制费诺码的平均码长和编码效率;解:(1)8H (X) p(X i )log 2 p(X i )i 11111 1 1 1 1log 2 2 log 2 4 log 2 8 log 216 log 2 32 log 2 64 log 2128log 21282 4 8 16 32 64 1281281.984 bit/symbol=127/64 bit/symbol (2)二进制香农码:H(X)RH(X) 2.609 1.8 log 2 391.4%二进制费诺码:⑶香农编码效率:* *1 Kkps -i21.984 127/64 H(X) H(X) 1.984 R K 1.984费诺编码效率:1.984⑷X0 15.5设无记忆二进制信源P(X) 0.9 0.11 c 1 1 3 4 5 8 1632 100%1 小1 16 7 764 128 128k i p(x i )i1632641281128H(X) RHQX) K1.9841.984 100%一1 1 11 Kk i P(X i )-1 _ 1 — 2i2 4 8161.328H(X)H(X)1.984R K log 2 m 1.328 log 2 31 1 1 1 233443264128128-2 494.3%先把信源序列编成数字0, 1 , 2,……,8，再替换成二进制变长码字，如下表所示。