香农信息论
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 1948年，Shannon发表《通信的数学理论》，成为了信 息论建立的里程碑，Shannon被尊崇为信息论及数字通 信时代的奠基之父
香农信息论的内容可用一句话概括为：
“一个概念，三个定理”
就是信息熵的概念和三个编码定理。
主要内容
把信息定义为“用来消除不确定性的东 西”，并给出了其度量公式--熵和互信息；
研究的目的和内容
找到信息传输过程的共同规律，提 高信息传输的可靠性、有效性、保 密性和认证性，以达到信息传输系 统的最优化。
香农信息论体系结构
Shannon信息论
压缩理论
传输理论
无失真编码
有失真编码
等长编码 定理
Shannon 1948
McMillan 1953
变长编码 定理
Shannon 1948
信源
编码器
信道
消息
信号
译码器Hale Waihona Puke Baidu
信号加 噪声
信宿
消息
噪声
通信系统模型
通信系统模型
信源：产生消息的源。消息可以是文字、语言、图像等。 编码器：将信源发出的消息变换成适于信道传送的信号的设备。包含信源编码器、 纠错编码器、调制器。 信道：把载荷消息的信号从发射端传到接收端的媒质或通道。狭义的实际信道有 电缆、波导、光纤、无线电波传播空间。 干扰源：系统其他各部分产生的噪声和干扰都等效成信道干扰，集中作用于信道。 译码器：编码的逆变换。它的作用是从受干扰的信号中最大限度地提取出有关信 源传出消息的信息。 信宿：信息传送过程中的接收者，即接收消息的人或物。
3.信息概念及其测定
4香农的理论对于正在崛起的传播学领域产生了巨大的影响。如同克里彭多 尔夫所说：“从历史的眼光来说，信息论是传播研究发展的一个主要的刺激 因素。它使得在此以前的模糊的信息概念变得再数学上可以操纵，将它从涉 及认识和传播术语的各种学科的有冲突的要求中解放出来，并赋予传播和信 息过程的研究以合法性。
什么是信息论
• 信息论是一门应用概率论、随机过程、数理统计和代 数的方法，来研究广义的信息传输、提取和处理系统 中一般规律的科学。
• 它是Shannon在四十年代末期，以客观概率信息为研究 对象，从通信的信息传输问题中总结和开拓出来的理 论。
• 狭义信息论（经典信息论）：主要研究信息的测度、 信道容量以及信源和信道编码系统的最优化等问题。 这部分内容是信息论的基础理论，又称为香农信息论。
建立了一些重要的性能界：信源输出的最可能 的信息量，满足一定失真度的要求所必须传递 的最小信息量，信道上的最大可能通过能力等
建立了一组重要的编码定理，从理论上指明了 为达到上述性能界限应当遵循的信息处理的方 法和原则。
信息论的研究对象
通信系统模型，人们通过系统中消息的传输和处理来研究信息传输和处 理的共同规律
香农信息论的影响
1948年以后，香农的信息论在物理学、生物学和社会科 学等学术团体中得到迅速而又广泛的传播。信息论被普遍引 用，这种影响历时多年经久不衰。香农的（以熵的公式所测 度的）信息概念对于传播学学者来说有着直接的用处。或许 这就是为什么他的理论通常被称为“信息”理论、而不是 “传播”理论的原因，后者是香农用来表示其理论的术语。
McMillan 1956
失真理论 Shannon Gallager Berger
Huffman码(1952)、Fano码 算术码(1976,1982) LZ码(1977,1978)
压缩编码 JPEG MPEG
信道编码定理
纠错码 编码调制理论
网络信息理论 网络最佳码
信息论的应用
语音信号压缩（G.711, GSM, Vocoder） 图象信号的压缩（JPEG, MPEG） 计算机文件压缩（compress, gzip） 模拟话路中数据传输速率的提高 降低信息传输所需的功率 计算机网中数据传输可靠性的保证 计算机中的容错问题 图像信号的复原与重建 模式分类问题与树分类器的设计 其他（信息经济学、医学、生物学、管 理科学等）
香农的信息概念的普遍性受到了赞扬：通过以定义清晰、 但又完全抽象的术语来对待信息，而且适用于所有种类、所 有领域的信息。
信息论对传播学的影响
1.香农的单向传播行为的模式有助于奠定传播学的学术领域。
2.香农信息论的第三个要素，也就是在他信息的定义和测度、以及他的传播 模式之后，是他关于信道能力的命题。香农的信息概念化工作为传播学学者 广泛采用，他的传播模式及其修正液引起了非常普遍的关注。
信息论的影响
信息论的局限性
1.香农的电子通信过程是一个直线单项的过程，缺乏反馈 环节 2.香农把他的模式限于工程或技术传播，显而易见，人类 主观解释的过程也被包含在过程信道之中，但是具有数学 倾向的香农将人类传播的意义限定在他的范围之外。 3.香农的信息论仅限于通信等很局限的领域 4在密码分析方面，缺乏对信息的不确定性和信息融合的研 究 5.重视传播过程，不重视传播效果 6.香农的理论涉及很多数学命题，就很少为传播学学者所 研究，大部分的传播学者缺少必要的数学能力去从事这一 工作。
明家，发明过洗衣机和许多农业机械；此外，香农的家 庭与大发明家爱迪生还有远亲关系。
香农是美国数学家、信息论的创始人。1940年在麻省 理工学院获得硕士和博士学位，1941年进入贝尔实验室
工作。香农提出了信息熵的概念，为信息论和数字通信 奠定了基础。主要论文有：1938年的硕士论文《继电器 与开关电路的符号分析》，1948年的《通讯的数学原理》 和1949年的《噪声下的通信》。
克劳德 香农的信息论
JUNE-ZHENG 作品
LOGO
一、克劳德 香农 生平介绍 二、信息论 三、信息论的影响
目录
克劳德·香农(Claude Elwood Shannon，1916-2001) 1916 年4月30日诞生于美国密西根州。父亲是该镇的法官，
母亲是镇里的中学校长，香农的祖父是一位农场主兼发
香农是20世纪最杰出的人物之一。如果没有他，很多 我们现在使用的物品根本就不可能存在。数字革命是由 香农最初发起的。
——内尔·斯罗恩（香农理论选集的编辑）
Shannon理论的问世，象是引爆了一枚重磅的原子弹， 震撼了整个科学界。
——J.Pierce(香农的合作者和朋友）
信息论
2
信息论的研究
3
1
信息论的概念
香农信息论的内容可用一句话概括为：
“一个概念，三个定理”
就是信息熵的概念和三个编码定理。
主要内容
把信息定义为“用来消除不确定性的东 西”，并给出了其度量公式--熵和互信息；
研究的目的和内容
找到信息传输过程的共同规律，提 高信息传输的可靠性、有效性、保 密性和认证性，以达到信息传输系 统的最优化。
香农信息论体系结构
Shannon信息论
压缩理论
传输理论
无失真编码
有失真编码
等长编码 定理
Shannon 1948
McMillan 1953
变长编码 定理
Shannon 1948
信源
编码器
信道
消息
信号
译码器Hale Waihona Puke Baidu
信号加 噪声
信宿
消息
噪声
通信系统模型
通信系统模型
信源：产生消息的源。消息可以是文字、语言、图像等。 编码器：将信源发出的消息变换成适于信道传送的信号的设备。包含信源编码器、 纠错编码器、调制器。 信道：把载荷消息的信号从发射端传到接收端的媒质或通道。狭义的实际信道有 电缆、波导、光纤、无线电波传播空间。 干扰源：系统其他各部分产生的噪声和干扰都等效成信道干扰，集中作用于信道。 译码器：编码的逆变换。它的作用是从受干扰的信号中最大限度地提取出有关信 源传出消息的信息。 信宿：信息传送过程中的接收者，即接收消息的人或物。
3.信息概念及其测定
4香农的理论对于正在崛起的传播学领域产生了巨大的影响。如同克里彭多 尔夫所说：“从历史的眼光来说，信息论是传播研究发展的一个主要的刺激 因素。它使得在此以前的模糊的信息概念变得再数学上可以操纵，将它从涉 及认识和传播术语的各种学科的有冲突的要求中解放出来，并赋予传播和信 息过程的研究以合法性。
什么是信息论
• 信息论是一门应用概率论、随机过程、数理统计和代 数的方法，来研究广义的信息传输、提取和处理系统 中一般规律的科学。
• 它是Shannon在四十年代末期，以客观概率信息为研究 对象，从通信的信息传输问题中总结和开拓出来的理 论。
• 狭义信息论（经典信息论）：主要研究信息的测度、 信道容量以及信源和信道编码系统的最优化等问题。 这部分内容是信息论的基础理论，又称为香农信息论。
建立了一些重要的性能界：信源输出的最可能 的信息量，满足一定失真度的要求所必须传递 的最小信息量，信道上的最大可能通过能力等
建立了一组重要的编码定理，从理论上指明了 为达到上述性能界限应当遵循的信息处理的方 法和原则。
信息论的研究对象
通信系统模型，人们通过系统中消息的传输和处理来研究信息传输和处 理的共同规律
香农信息论的影响
1948年以后，香农的信息论在物理学、生物学和社会科 学等学术团体中得到迅速而又广泛的传播。信息论被普遍引 用，这种影响历时多年经久不衰。香农的（以熵的公式所测 度的）信息概念对于传播学学者来说有着直接的用处。或许 这就是为什么他的理论通常被称为“信息”理论、而不是 “传播”理论的原因，后者是香农用来表示其理论的术语。
McMillan 1956
失真理论 Shannon Gallager Berger
Huffman码(1952)、Fano码 算术码(1976,1982) LZ码(1977,1978)
压缩编码 JPEG MPEG
信道编码定理
纠错码 编码调制理论
网络信息理论 网络最佳码
信息论的应用
语音信号压缩（G.711, GSM, Vocoder） 图象信号的压缩（JPEG, MPEG） 计算机文件压缩（compress, gzip） 模拟话路中数据传输速率的提高 降低信息传输所需的功率 计算机网中数据传输可靠性的保证 计算机中的容错问题 图像信号的复原与重建 模式分类问题与树分类器的设计 其他（信息经济学、医学、生物学、管 理科学等）
香农的信息概念的普遍性受到了赞扬：通过以定义清晰、 但又完全抽象的术语来对待信息，而且适用于所有种类、所 有领域的信息。
信息论对传播学的影响
1.香农的单向传播行为的模式有助于奠定传播学的学术领域。
2.香农信息论的第三个要素，也就是在他信息的定义和测度、以及他的传播 模式之后，是他关于信道能力的命题。香农的信息概念化工作为传播学学者 广泛采用，他的传播模式及其修正液引起了非常普遍的关注。
信息论的影响
信息论的局限性
1.香农的电子通信过程是一个直线单项的过程，缺乏反馈 环节 2.香农把他的模式限于工程或技术传播，显而易见，人类 主观解释的过程也被包含在过程信道之中，但是具有数学 倾向的香农将人类传播的意义限定在他的范围之外。 3.香农的信息论仅限于通信等很局限的领域 4在密码分析方面，缺乏对信息的不确定性和信息融合的研 究 5.重视传播过程，不重视传播效果 6.香农的理论涉及很多数学命题，就很少为传播学学者所 研究，大部分的传播学者缺少必要的数学能力去从事这一 工作。
明家，发明过洗衣机和许多农业机械；此外，香农的家 庭与大发明家爱迪生还有远亲关系。
香农是美国数学家、信息论的创始人。1940年在麻省 理工学院获得硕士和博士学位，1941年进入贝尔实验室
工作。香农提出了信息熵的概念，为信息论和数字通信 奠定了基础。主要论文有：1938年的硕士论文《继电器 与开关电路的符号分析》，1948年的《通讯的数学原理》 和1949年的《噪声下的通信》。
克劳德 香农的信息论
JUNE-ZHENG 作品
LOGO
一、克劳德 香农 生平介绍 二、信息论 三、信息论的影响
目录
克劳德·香农(Claude Elwood Shannon，1916-2001) 1916 年4月30日诞生于美国密西根州。父亲是该镇的法官，
母亲是镇里的中学校长，香农的祖父是一位农场主兼发
香农是20世纪最杰出的人物之一。如果没有他，很多 我们现在使用的物品根本就不可能存在。数字革命是由 香农最初发起的。
——内尔·斯罗恩（香农理论选集的编辑）
Shannon理论的问世，象是引爆了一枚重磅的原子弹， 震撼了整个科学界。
——J.Pierce(香农的合作者和朋友）
信息论
2
信息论的研究
3
1
信息论的概念