(完整版)信息论基础与编码课后题答案(第三章)
信息论与编码（第3版）第3章部分习题答案
3.1设信源()12345670.20.190.180.170.150.10.01X a a a a a a a P X ⎛⎫⎧⎫=⎨⎬ ⎪⎩⎭⎝⎭ (1) 求信源熵()H X (2) 编二进制香农码(3) 计算平均码长及编码效率。
答：(1)根据信源熵公式()()()()21log 2.6087bit/symbol i i i H X p a p a ==−=∑(2)利用到3个关键公式：①根据()()()100,0i a i k k p a p a p a −===∑计算累加概率；②根据()()*22log 1log ,i i i i p a k p a k N −≤<−∈计算码长；③根据()a i p a 不断地乘m 取整（m 表示编码的进制），依次得到的i k 个整数就是i a 对应的码字根据①②③可得香农编码为(3)平均码长公式为()13.14i i i K p a k ===∑单符号信源L =1，以及二进制m =2, 根据信息率公式()2log bit/symbol m KR K L==编码效率()83.08%H X Rη==3.2对习题3.1的信源编二进制费诺码，计算其编码效率答：将概率从大到小排列，且进制m=2,因此，分成2组（每一组概率必须满足最接近相等）。
根据平均码长公式为()12.74i iiK p a k===∑单符号信源L=1，以及二进制m=2, 根据信息率公式()2log bit/symbolmKR KL==编码效率（信源熵看题3.1）()95.21%H XRη==3.3对习题3.1的信源编二进制赫夫曼码，计算平均码长和编码效率答：将n个信源符号的概率从大到小排列，且进制m=2。
从m个最小概率的“0”各自分配一个“0”和“1”，将其合成1个新的符号，与其余剩余的符号组成具有n-1个符号的新信源。
排列规则和继续分配码元的规则如上，直到分配完所有信源符号。
必须保证两点：(1)当合成后的信源符号与剩余的信源符号概率相等时，将合并后的新符号放在靠前的位置来分配码元【注：“0”位表示在前，“1”表示在后】，这样码长方差更小；(2)读取码字时是从后向前读取，确保码字是即时码。
信息论与编码习题参考答案(全)
信息论与编码习题参考答案第一章 单符号离散信源同时掷一对均匀的子，试求：(1)“2和6同时出现”这一事件的自信息量； (2)“两个5同时出现”这一事件的自信息量； (3)两个点数的各种组合的熵； (4)两个点数之和的熵；(5)“两个点数中至少有一个是1”的自信息量。
解：bitP a I N n P bit P a I N n P c c N 17.536log log )(361)2(17.418log log )(362)1(36662221111616==-=∴====-=∴===⨯==样本空间：* (3)信源空间：bit x H 32.436log 3616236log 36215)(=⨯⨯+⨯⨯=∴bitx H 71.3636log 366536log 3610 436log 368336log 366236log 36436log 362)(=⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯=∴＋＋ (5) bit P a I N n P 17.11136log log )(3611333==-=∴==?如有6行、8列的棋型方格，若有两个质点A 和B ，分别以等概落入任一方格内，且它们的坐标分别为（Xa ，Ya ）, （Xb ，Yb ）,但A ，B 不能同时落入同一方格内。
（1） 若仅有质点A ，求A 落入任一方格的平均信息量； （2） 若已知A 已落入，求B 落入的平均信息量； （3） 若A ，B 是可辨认的，求A ，B 落入的平均信息量。
解： ！bita P a P a a P a I a P A i 58.548log )(log )()(H 48log )(log )(481)(:)1(481i i i i i ==-=∴=-=∴=∑=落入任一格的概率bitb P b P b b P b I b P A i 55.547log )(log )()(H 47log )(log )(471)(:B ,)2(481i i i i i ==-=∴=-=∴=∑=落入任一格的概率是落入任一格的情况下在已知 bitAB P AB P AB H AB P AB I AB P AB i i i i i i i 14.11)4748log()(log )()()(log )(471481)()3(47481=⨯=-=-=∴⨯=∑⨯=是同时落入某两格的概率从大量统计资料知道,男性中红绿色盲的发病率为7%,女性发病率为%.如果你问一位男士：“你是否是红绿色盲”他的回答可能是：“是”，也可能“不是”。
信息论与编码理论习题答案全解
信息论与编码理论习题答案全解第二章 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 bit即)0;(1u I ，)00;(1u I ，)000;(1u I ，)0000;(1u I)0(p =4)1(81⨯-p +481⨯p =21)0;(1u I =)0()|0(log1p u p =211log p-=1+)1log(p - bit)00(p =]2)1(4)1(2[8122p p p p +-+-=41)00;(1u I =)00()|00(log 1p u p =4/1)1(log 2p -=)]1log(1[2p -+ bit)000(p =])1(3)1(3)1[(813223p p p p p p +-+-+-=81)000;(1u I =3[1+)1log(p -] bit)0000(p =])1(6)1[(814224p p p p +-+- )0000;(1u I =42244)1(6)1()1(8logp p p p p +-+-- bit2.12 计算习题2.9中);(Z Y I 、);(Z X I 、);,(Z Y X I 、)|;(X Z Y I 、)|;(Y Z X I 。
信息论与编码习题参考答案(全)
信息论与编码习题参考答案 第一章 单符号离散信源同时掷一对均匀的子，试求：(1)“2和6同时出现”这一事件的自信息量； (2)“两个5同时出现”这一事件的自信息量； (3)两个点数的各种组合的熵； (4)两个点数之和的熵；(5)“两个点数中至少有一个是1”的自信息量。
解：bitP a I N n P bit P a I N n P c c N 17.536log log )(361)2(17.418log log )(362)1(36662221111616==-=∴====-=∴===⨯==样本空间：(3)信源空间：bit x H 32.436log 3616236log 36215)(=⨯⨯+⨯⨯=∴ (4)信源空间：bitx H 71.3636log 366536log 3610 436log 368336log 366236log 36436log 362)(=⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯=∴＋＋ (5) bit P a I N n P 17.11136log log )(3611333==-=∴==如有6行、8列的棋型方格，若有两个质点A 和B ，分别以等概落入任一方格内，且它们的坐标分别为（Xa ，Ya ）, （Xb ，Yb ）,但A ，B 不能同时落入同一方格内。
（1） 若仅有质点A ，求A 落入任一方格的平均信息量； （2） 若已知A 已落入，求B 落入的平均信息量； （3） 若A ，B 是可辨认的，求A ，B 落入的平均信息量。
解：bita P a P a a P a I a P A i 58.548log )(log )()(H 48log )(log )(481)(:)1(481i i i i i ==-=∴=-=∴=∑=落入任一格的概率bitb P b P b b P b I b P A i 55.547log )(log )()(H 47log )(log )(471)(:B ,)2(481i i i i i ==-=∴=-=∴=∑=落入任一格的概率是落入任一格的情况下在已知bitAB P AB P AB H AB P AB I AB P AB i i i i i i i 14.11)4748log()(log )()()(log )(471481)()3(47481=⨯=-=-=∴⨯=∑⨯=是同时落入某两格的概率从大量统计资料知道,男性中红绿色盲的发病率为7%,女性发病率为%.如果你问一位男士：“你是否是红绿色盲”他的回答可能是：“是”，也可能“不是”。
信息与编码理论课后习题答案
2.1 莫尔斯电报系统中，若采用点长为0.2s ，1划长为0.4s ，且点和划出现的概率分别为2/3和1/3，试求它的信息速率(bits/s)。
解: 平均每个符号长为:1544.0312.032=⨯+⨯秒 每个符号的熵为9183.03log 3123log 32=⨯+⨯比特/符号所以，信息速率为444.34159183.0=⨯比特/秒2.2 一个8元编码系统，其码长为3，每个码字的第一个符号都相同(用于同步)，若每秒产生1000个码字，试求其信息速率(bits ／s)。
解: 同步信号均相同不含信息,其余认为等概,每个码字的信息量为 3*2=6 比特；所以，信息速率为600010006=⨯比特/秒2.3 掷一对无偏的骰子，若告诉你得到的总的点数为：(a ) 7；(b ) 12。
试问各得到了多少信息量?解: (a)一对骰子总点数为7的概率是366 所以，得到的信息量为 585.2)366(log 2= 比特(b) 一对骰子总点数为12的概率是361 所以，得到的信息量为 17.5361log 2= 比特2.4经过充分洗牌后的一付扑克(含52张牌)，试问：(a) 任何一种特定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)任一特定排列的概率为!521, 所以，给出的信息量为 58.225!521log 2=- 比特 (b) 从中任取13张牌,所给出的点数都不相同的概率为 13131313525213!44A C ⨯=所以，得到的信息量为 21.134log 1313522=C 比特.2.5 设有一个非均匀骰子，若其任一面出现的概率与该面上的点数成正比，试求各点出现时所给出的信息量，并求掷一次平均得到的信息量。
解:易证每次出现i 点的概率为21i,所以比特比特比特比特比特比特比特398.221log 21)(807.1)6(070.2)5(392.2)4(807.2)3(392.3)2(392.4)1(6,5,4,3,2,1,21log )(2612=-==============-==∑=i i X H x I x I x I x I x I x I i ii x I i2.6 园丁植树一行，若有3棵白杨、4棵白桦和5棵梧桐。
《信息理论与编码》,答案,考试重点(1--3章)
《信息理论与编码》习题参考答案1. 信息是什么?信息与消息有什么区别和联系?答：信息是对事物存在和运动过程中的不确定性的描述。
信息就是各种消息符号所包含的具有特定意义的抽象内容，而消息是信息这一抽象内容通过语言、文字、图像和数据等的具体表现形式。
2. 语法信息、语义信息和语用信息的定义是什么？三者的关系是什么？ 答：语法信息是最基本最抽象的类型，它只是表现事物的现象而不考虑信息的内涵。
语义信息是对客观现象的具体描述，不对现象本身做出优劣判断。
语用信息是信息的最高层次。
它以语法、语义信息为基础，不仅要考虑状态和状态之间关系以及它们的含义，还要进一步考察这种关系及含义对于信息使用者的效用和价值。
三者之间是内涵与外延的关系。
第2章1. 一个布袋内放100个球，其中80个球是红色的，20个球是白色的，若随机摸取一个球，猜测其颜色，求平均摸取一次所能获得的自信息量？答：依据题意，这一随机事件的概率空间为120.80.2X x x P ⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦其中：1x 表示摸出的球为红球事件，2x 表示摸出的球是白球事件。
a)如果摸出的是红球，则获得的信息量是()()11log log0.8I x p x =-=-（比特）b)如果摸出的是白球，则获得的信息量是()()22log log0.2I x p x =-=-（比特）c) 如果每次摸出一个球后又放回袋中，再进行下一次摸取。
则如此摸取n 次，红球出现的次数为()1np x 次，白球出现的次数为()2np x 次。
随机摸取n 次后总共所获得信息量为()()()()1122np x I x np x I x +d)则平均随机摸取一次所获得的信息量为()()()()()()()()()112211221log log 0.72 H X np x I x np x I x n p x p x p x p x =+⎡⎤⎣⎦=-+⎡⎤⎣⎦=比特/次2. 居住某地区的女孩中有25%是大学生，在女大学生中有75%是身高1.6米以上的，而女孩中身高1.6米以上的占总数的一半。
信息论与编码技术第三章课后习题答案
Chap3 思考题与习题 参考答案3.1 设有一个信源，它产生0、1 序列的消息。
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。
解：（1）根据题意，此信源在任何时刻发出的符号概率都是相同的，均按p(0)=0.4，p(1)=0.6，即信源发出符号的概率分布与时间平移无关，而且信源发出的序列之间也是彼此无信赖的。
所以这信源是平稳信源。
(2)23123121()2()2(0.4log 0.40.6log 0.6) 1.942(/)(|)()()log ()(0.4log 0.40.6log 0.6)0.971(/)lim (|)()0.971(/)i i iN N N N H X H X bit symbols H X X X H X p x p x bit symbol H H X X X X H X bit symbol ∞−→∞==−×+===−=−+====∑" (3)4()4()4(0.4log 0.40.6log 0.6) 3.884(/)H X H X bit symbols ==−×+=4X 的所有符号：0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 11113.2 在一个二进制的信道中，信源消息集X={0，1}且p(1)=p(0)，信宿的消息集Y={0，1}，信道传输概率(10)1/p y x ===4，(01)1/p y x ===8。
求：(1) 在接收端收到y=0后，所提供的关于传输消息x 的平均条件互信息I(X ；y=0)； (2) 该情况下所能提供的平均互信息量I(X ；Y)。
《信息论与编码》第三章部分习题参考答案
第三章习题参考答案第三章习题参考答案3-1解：(1)判断唯一可译码的方法：①先用克劳夫特不等式判定是否满足该不等式；②若满足再利用码树，看码字是否都位于叶子结点上。
如果在叶节点上则一定是唯一可译码，如果不在叶节点上则只能用唯一可译码的定义来判断是不是。
可译码的定义来判断是不是。
其中C1,C2,C3,C6都是唯一可译码。
都是唯一可译码。
对于码C2和C4都满足craft 不等式。
但是不满足码树的条件。
但是不满足码树的条件。
就只能就只能举例来判断。
举例来判断。
对C5：61319225218ki i ---==+´=>å，不满足该不等式。
所以C5不是唯一可译码。
译码。
(2)判断即时码方法：定义：即时码接收端收到一个完整的码字后，就能立即译码。
特点：码集任何一个码不能是其他码的前缀，即时码必定是唯一可译码, 唯一可译码不一定是即时码。
唯一可译码不一定是即时码。
其中C1,C3,C6都是即时码。
都是即时码。
对C2：“0”是“01”的前缀，……，所以C2不是即时码。
不是即时码。
(1) 由平均码长61()i i i K p x k ==å得1236 3 1111712(3456) 241681111712(3456) 2416811152334 24162K bitK bit K bitK bit==´+´+´+++==´+´+´+++==´+´+´´=62111223366()()log () 2 /()266.7%3()294.1%178()294.1%178()280.0%52i i i H U p u p u H U K H U K H U K H U K h h h h ==-=============å比特符号3-7解：(1)信源消息的概率分布呈等比级数，按香农编码方法，其码长集合为自然数数列1, 2, 3, ···, i, ·, i, ····；对应的编码分别为：0, 10, 110, ···, 111…110 ( i 110 ( i –– 1个1), ·1), ····。
信息论与编码第三章曹雪虹习题答案
第三章3.1 设二元对称信道的传递矩阵为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡32313132(1) 若P(0) = 3/4, P(1) = 1/4，求H(X), H(X/Y), H(Y/X)和I(X;Y)； (2) 求该信道的信道容量及其达到信道容量时的输入概率分布；解： 1)symbolbit Y X H X H Y X I symbol bit X Y H Y H X H Y X H X Y H Y H Y X H X H Y X I symbol bit y p Y H x y p x p x y p x p y x p y x p y p x y p x p x y p x p y x p y x p y p symbolbit x y p x y p x p X Y H symbolbit x p X H jj iji j i j i i i / 062.0749.0811.0)/()();(/ 749.0918.0980.0811.0)/()()()/()/()()/()();(/ 980.0)4167.0log 4167.05833.0log 5833.0()()(4167.032413143)/()()/()()()()(5833.031413243)/()()/()()()()(/ 918.0 10log )32lg 324131lg 314131lg 314332lg 3243( )/(log )/()()/(/ 811.0)41log 4143log 43()()(222221212221221211112111222=-==-==+-=+-=-=-==⨯+⨯-=-==⨯+⨯=+=+==⨯+⨯=+=+==⨯⨯+⨯+⨯+⨯-=-==⨯+⨯-=-=∑∑∑∑2)2221122max (;)log log 2(lg lg )log 100.082 /3333mi C I X Y m H bit symbol==-=++⨯=其最佳输入分布为1()2i p x =3-2某信源发送端有2个符号，i x ，i ＝1，2；()i p x a =，每秒发出一个符号。
《信息理论与编码》,答案,考试重点(1--3章)
《信息理论与编码》习题参考答案1. 信息是什么信息与消息有什么区别和联系答：信息是对事物存在和运动过程中的不确定性的描述。
信息就是各种消息符号所包含的具有特定意义的抽象内容，而消息是信息这一抽象内容通过语言、文字、图像和数据等的具体表现形式。
2. 语法信息、语义信息和语用信息的定义是什么三者的关系是什么答：语法信息是最基本最抽象的类型，它只是表现事物的现象而不考虑信息的内涵。
语义信息是对客观现象的具体描述，不对现象本身做出优劣判断。
语用信息是信息的最高层次。
它以语法、语义信息为基础，不仅要考虑状态和状态之间关系以及它们的含义，还要进一步考察这种关系及含义对于信息使用者的效用和价值。
三者之间是内涵与外延的关系。
第2章1. 一个布袋内放100个球，其中80个球是红色的，20个球是白色的，若随机摸取一个球，猜测其颜色，求平均摸取一次所能获得的自信息量答：依据题意，这一随机事件的概率空间为120.80.2X x x P ⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦其中：1x 表示摸出的球为红球事件，2x 表示摸出的球是白球事件。
a)如果摸出的是红球，则获得的信息量是()()11log log0.8I x p x =-=-（比特）b)如果摸出的是白球，则获得的信息量是()()22log log0.2I x p x =-=-（比特）c) 如果每次摸出一个球后又放回袋中，再进行下一次摸取。
则如此摸取n 次，红球出现的次数为()1np x 次，白球出现的次数为()2np x 次。
随机摸取n 次后总共所获得信息量为()()()()1122np x I x np x I x +d)则平均随机摸取一次所获得的信息量为()()()()()()()()()112211221log log 0.72 H X np x I x np x I x n p x p x p x p x =+⎡⎤⎣⎦=-+⎡⎤⎣⎦=比特/次2. 居住某地区的女孩中有25%是大学生，在女大学生中有75%是身高1.6米以上的，而女孩中身高1.6米以上的占总数的一半。
《信息理论与编码》,答案,考试重点（1--3章）
《信息理论与编码》,答案,考试重点（1--3章）《信息理论与编码》习题参考答案1. 信息是什么?信息与消息有什么区别和联系?答：信息是对事物存在和运动过程中的不确定性的描述。
信息就是各种消息符号所包含的具有特定意义的抽象内容，⽽消息是信息这⼀抽象内容通过语⾔、⽂字、图像和数据等的具体表现形式。
2. 语法信息、语义信息和语⽤信息的定义是什么？三者的关系是什么？答：语法信息是最基本最抽象的类型，它只是表现事物的现象⽽不考虑信息的内涵。
语义信息是对客观现象的具体描述，不对现象本⾝做出优劣判断。
语⽤信息是信息的最⾼层次。
它以语法、语义信息为基础，不仅要考虑状态和状态之间关系以及它们的含义，还要进⼀步考察这种关系及含义对于信息使⽤者的效⽤和价值。
三者之间是内涵与外延的关系。
第2章1. ⼀个布袋内放100个球，其中80个球是红⾊的，20个球是⽩⾊的，若随机摸取⼀个球，猜测其颜⾊，求平均摸取⼀次所能获得的⾃信息量？答：依据题意，这⼀随机事件的概率空间为120.80.2X x x P =其中：1x 表⽰摸出的球为红球事件，2x 表⽰摸出的球是⽩球事件。
a)如果摸出的是红球，则获得的信息量是()()11log log0.8I x p x =-=-（⽐特）b)如果摸出的是⽩球，则获得的信息量是()()22log log0.2I x p x =-=-（⽐特）c) 如果每次摸出⼀个球后⼜放回袋中，再进⾏下⼀次摸取。
则如此摸取n 次，红球出现的次数为()1np x 次，⽩球出现的次数为()2np x 次。
随机摸取n 次后总共所获得信息量为()()()()1122np x I x np x I x +d)则平均随机摸取⼀次所获得的信息量为()()()()()()()()()112211221log log 0.72 H X np x I x np x I x n p x p x p x p x =+=-+=⽐特/次2. 居住某地区的⼥孩中有25%是⼤学⽣，在⼥⼤学⽣中有75%是⾝⾼1.6⽶以上的，⽽⼥孩中⾝⾼1.6⽶以上的占总数的⼀半。
信息论与编码第三章习题参考答案
第三章习题参考答案3-1 离散无记忆信道如图3.10所示，输入X 取值空间为，信道干扰的概率空间为求信道容量和最佳分布。
图3.10解：设X 的概率分布为根据ZX ⊕=Y可以算出条件转移概率矩阵为⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=αααα11P X |Y这是一个完全对称的信道，信道容量为）-1（）-1（1)(2C αααααlb lb H lb ++=-= 最佳分布为等概率分布，即）5.0,5.0（3-2写出图3.11所示离散无记忆信道的条件转移矩阵，并求信道容量和最佳分布。
图3.11解：信道的条件转移概率为⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=4341031313104143P 观察1、3行，可以发现是相互置换的。
设信道输入为）5.0，0,5.0（，可以计算出相应概率p(bj),83)()(31==b p b p 41)(2=b p 平均互信息量为83)()|()|()()|()|()()|()|();(I 3131321212111111=++=b p a b p lb a b p b p a b p lb a b p b p a b p lb a b p Y a同理可以计算出3);(I2lb Y a -=，83);(I 3=Y a ，根据信道容量性质可知由于);(I );(I33Y a Y a =，且03);(I 2<-=lb Y a ，所以信道容量为83);(IC 1==Y a ，而最佳分布为）5.0，0,5.0（。
3-3 在某离散无记忆信道上传输二进制符号0和1，由于受到随机干扰影响，符号传输出现差错，每传输1000个符号会出现2个错误，假设每秒钟允许传输1000个符号，求该信道的信道容量。
解：信道的条件转移概率矩阵为⎥⎦⎤⎢⎣⎡=998.0002.0002.0998.0P信道容量为 98.0)002.0(2C =-=H lb 比特/符号，每秒钟的信道容量为9801000*98.0CN C t === 比特/秒3-4 如图3.12所示的信道，写出条件转移矩阵，求出信道容量和最佳分布，并且求出当和时的信道容量。
《信息论与编码》第三章习题解答
其 中 (i, k1 ) ， (k1 + 1, k 2 ) ， (k 2 + 1, j ) 是 由 内 节 点 (i, j ) 分 岔 出 去 的 三 个 节 点 ， 所 以
p (i, k1 ) + p(k1 + 1, k 2 ) + p (k 2 + 1, j ) = p(i, j ) 。由于码 D 的平均码长 L =
（c） {01,10}
[解] （a）{0，10，11}可能为 Huffman 码，因为它构成满树； （b）{00，01，10，110}不可能为 Huffman 码， 因为码字“110”可以用更短的“11”代替，而保持前缀码条件； （c）{01，10}不可能成为 Huffman 码，因为显然{0，1}是平均码长更短的前缀码； 3.8 一个随机变量 X 的取值范围为 X = { x1 , x2 " , xm } ,它的熵为 H(X)， 若对这个源能找到 一个平均码长为 L =
I 表示全体内节点 (i, j ) ， (i < j ) 的集合。 内节点 (i, j ) 上的累计概率定义为：
(1,13) (4,8) (6,8)
i
P (i, j ) =
于是
∑
k =i
j
(1, 3)
pk
a1 a2 a3
(9,13) (10,12)
L=
∑l ⋅ p = ∑ p(i, j )
i i =1
0.16 （1） 0.14 （1） 0.13 （0） 0.12 （1） 0.1 （1） 0.09 （0） 0.08 （1） 0.07 （0） 0.06 （1） 0.05 （0）
0.27 （0） 0.31 （1） 0.19 （0） 0.23 （1） 0.15 （0） 0.42 （0） 0.58 （1） 1
信息论与编码习题参考答案(全)
111
(1)在W4＝011中，接到第一个码字“0”后获得关于a4的信息量I(a4;0)；
(2)在收到“0”的前提下，从第二个码字符号“1”中获取关于a4的信息量I(a4;1/0)；
(3)在收到“01”的前提下，从第三个码字符号“1”中获取关于a4的信息量I(a4;1/01)；
(4)从码字W4＝011中获取关于a4的信息量I(a4;011)。
其中N=2FT,б2X是信号的方差(均值为零),б2N是噪声的方差(均值为零).
再证:单位时间的最大信息传输速率
信息单位/秒
(证明详见p293-p297)
5.12设加性高斯白噪声信道中,信道带宽3kHz,又设{(信号功率+噪声功率)/噪声功率}=10dB.试计算改信道的最大信息传输速率Ct.
解:
5.13在图片传输中,每帧约有2.25×106个像素,为了能很好的重现图像,需分16个量度电平,并假设量度电平等概率分布,试计算每分钟传输一帧图片所需信道的带宽(信噪功率比为30dB).
(2)求信源的极限熵H∞；
(3)求当p=0,p=1时的信息熵，并作出解释。
解:
3.10设某马尔柯夫信源的状态集合S：{S1S2S3}，符号集X：{α1α2α3}。在某状态Si(i=1,2,3)下发发符号αk(k=1,2,3)的概率p(αk/Si) (i=1,2,3; k=1,2,3)标在相应的线段旁,如下图所示.
证明:
3.5试证明：对于有限齐次马氏链，如果存在一个正整数n0≥1，对于一切i，j＝1，2，…，r，都有pij(n0)>0，则对每个j＝1，2，…，r都存在状态极限概率：
(证明详见:p171~175)
3.6设某齐次马氏链的第一步转移概率矩阵为：
信息论与编码第二版答案 (3)
信息论与编码第二版答案第一章：信息论基础1.问题：信息论的基本概念是什么？答案：信息论是一种数学理论，研究的是信息的表示、传输和处理。
它的基本概念包括：信息、信息的熵和信息的编码。
2.问题：什么是信息熵？答案：信息熵是信息的度量单位，表示信息的不确定度。
它的计算公式为H(X) = -ΣP(x) * log2(P(x))，其中P(x)表示事件x发生的概率。
3.问题：信息熵有什么特性？答案：信息熵具有以下特性：•信息熵的值越大，表示信息的不确定度越高；•信息熵的值越小，表示信息的不确定度越低；•信息熵的最小值为0，表示信息是确定的。
4.问题：信息熵与概率分布有什么关系？答案：信息熵与概率分布之间存在着直接的关系。
当概率分布均匀时，信息熵达到最大值；而当概率分布不均匀时，信息熵会减小。
第二章：数据压缩1.问题：数据压缩的目的是什么？答案：数据压缩的目的是通过消除冗余和重复信息，使数据占用更少的存储空间或传输更快。
2.问题：数据压缩的两种基本方法是什么？答案：数据压缩可以通过无损压缩和有损压缩两种方法来实现。
无损压缩是指压缩后的数据可以完全还原为原始数据；而有损压缩则是指压缩后的数据不完全还原为原始数据。
3.问题：信息压缩的度量单位是什么？答案：信息压缩的度量单位是比特（bit），表示信息的数量。
4.问题：哪些方法可以用于数据压缩？答案：数据压缩可以通过以下方法来实现：•无结构压缩方法：如霍夫曼编码、算术编码等；•有结构压缩方法：如词典编码、RLE编码等；•字典方法：如LZW、LZ77等。
第三章：信道容量1.问题：什么是信道容量？答案：信道容量是指在给定信噪比的条件下，信道传输的最大数据速率。
2.问题：信道容量的计算公式是什么？答案：信道容量的计算公式为C = W * log2(1 + S/N)，其中C表示信道容量，W表示信道带宽，S表示信号的平均功率，N表示噪声的平均功率。
3.问题：信道容量与信噪比有什么关系？答案：信道容量与信噪比成正比，信噪比越高，信道容量越大；反之，信噪比越低，信道容量越小。
信息论与编码习题参考答案(全)
信息论与编码习题参考答案 第一章 单符号离散信源1.1同时掷一对均匀的子，试求：(1)“2和6同时出现”这一事件的自信息量； (2)“两个5同时出现”这一事件的自信息量； (3)两个点数的各种组合的熵； (4)两个点数之和的熵；(5)“两个点数中至少有一个是1”的自信息量。
解：bitP a I N n P bit P a I N n P c c N 17.536log log )(361)2(17.418log log )(362)1(36662221111616==-=∴====-=∴===⨯==样本空间：(3)信源空间：bit x H 32.436log 3662log 3615)(=⨯⨯+⨯⨯=∴ bitx H 71.3636log 366536log 3610 436log 368336log 366236log 36436log 362)(=⨯⨯+⨯+⨯+⨯⨯=∴＋＋ (5) bit P a I N n P 17.11136log log )(3611333==-=∴==1.2如有6行、8列的棋型方格，若有两个质点A 和B ，分别以等概落入任一方格，且它们的坐标分别为（Xa ，Ya ）, （Xb ，Yb ）,但A ，B 不能同时落入同一方格。
（1） 若仅有质点A ，求A 落入任一方格的平均信息量； （2） 若已知A 已落入，求B 落入的平均信息量； （3） 若A ，B 是可辨认的，求A ，B 落入的平均信息量。
解：bita P a P a a P a I a P A i 58.548log )(log )()(H 48log )(log )(481)(:)1(481i i i i i ==-=∴=-=∴=∑=落入任一格的概率Θbitb P b P b b P b I b P A i 55.547log )(log )()(H 47log )(log )(471)(:B ,)2(481i i i i i ==-=∴=-=∴=∑=落入任一格的概率是落入任一格的情况下在已知ΘbitAB P AB P AB H AB P AB I AB P AB i i i i i i i 14.11)4748log()(log )()()(log )(471481)()3(47481=⨯=-=-=∴⨯=∑⨯=是同时落入某两格的概率1.3从大量统计资料知道,男性中红绿色盲的发病率为7%,女性发病率为0.5%.如果你问一位男士：“你是否是红绿色盲？”他的回答可能是：“是”，也可能“不是”。
信息理论与编码课后答案第3章
第3章 信道模型和信道容量3.1 基本要求通过本章学习，了解信道的模型和分类，掌握信道容量的定义，掌握无噪信道、对称信道的信道容量的计算，了解准对称信道信道容量的计算，了解一般离散无记忆信道（DMC ）达到信道容量的充要条件，掌握DMC 扩展信道的信道容量计算，了解加性高斯噪声信道的信道容量的结论，掌握香农信道容量公式。
3.2 学习要点3.2.1 信道的分类信道是信息传输的通道。
研究信道的目的，主要是为了描述和分析各种不同类型信道的特性，度量其信息的极限传输能力。
信息理论中常用的信道分类方法如下。
（1）根据信道输入/输出信号在时间和幅值上的取值是离散或连续来划分，可分为4类,如表3.1所示。
（2）根据信道的记忆特性划分，可分为2类：无记忆信道：信道当前的输出只与当前的输入有关。
有记忆信道：信道当前的输出不但与当前的输入有关，还与当前时刻以前的输入有关。
（3）根据信道的输入/输出关系是确定关系还是统计依存关系划分，可分为2类： 无噪声信道：信道的输入/输出关系是确定关系。
有噪声信道：信道的输入/输出关系是统计依存关系。
3.2.2 信道的数学模型3.2.2.1 离散无记忆信道（DMC ）的数学模型离散无记忆信道（DMC ）的数学模型如图3.1所示，记为|{,,}Y X X P Y 。
信道的输入X 取值于集合12{,,,}r A a aa = ，输出Y 取值于集合12{,,,}s Bb b b = 。
|{(|)|1,2,,;1,2,,}Y X j i P P b a i r j s === （3.1） 为分析计算方便，常常把所有转移概率排成矩阵：图3.1 离散无记忆信道（DMC ）模型示意图噪声干扰12112111122222|12(|)(|)(|)(|)(|)(|)[](|)(|)(|)ss s Y X r r s r rb b b P b a P b a P b a a P b a P b a P b a a P P b a P b a P b a a ⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦（3.2） 转移矩阵中各行s 个转移概率自身是完备的：1(|)1,1,2,,sji j P ba i r ===∑ （3.3）3.2.2.2 扩展信道的数学模型图3.2所示的是N 次扩展信道的模型，其输入和输出均为N 元随机变量序列。
信息论语编码第3章习题解答
3.1 设信源⎥⎦⎤⎢⎣⎡)(x P X =⎥⎦⎤⎢⎣⎡4.06.021x x 通过一干扰信道，接收符号Y=[]21y y ,信道传递概率如图3.33所示。
求： （1） 信源X 中事件x1,和x2分别含有的自信息。
（2） 收到消息yj(j=1,2)后，获得的关于xi(i=1,2)的信息量。
（3） 信源X 和信源Y 的信息熵。
（4） 信道疑义度H （X|Y ）和噪声熵H （Y|X ）。
（5） 接收到消息Y 后获得的平均互信息。
解：（1）由定义得：I （X1）= －log0.6=0.74bitI （X2）= －log0.4=1.32bit（2）P （y1）= 0.6×5/6＋0.4×3/4=0.8 P （y2）= 0.6×1/6＋0.4×1/4=0.2I （xi ；xj ）= I （xi ）－I （xi|yj ）=log[P （xi|yj ）/p （xi ）]= log[P （yj|xi ）/p （yj ）]则 I （x1；y1）= log[P （y1|x1）/p （y1）]=log5/6/0.8=0.059bit I （x1；y2）= log[P （y2|x2）/p （y2）]=log1/6/0.2=-0.263bit I （x2；y1）= log[P （y1|x2）/p （y1）]=log3/4/0.8=-0.093bit I （x2；y2）= log[P （y2|x2）/p （y2）]=log1/4/0.2=0.322bit（3）由定义显然 H （X ）=0.97095bit/符号H （Y ）=0.72193bit/符号 （4）H （Y|X ）=∑P （xy ）log[1/P （y|x ）]=2211i j ==∑∑p （xi ）P （yj|xi ）log[1/P （yj|xi ）]=0.6·5/6·log6/5+0.6·1/6·log6+0.4·3/4·log4/3+0.4·1/4·log4 =0.7145bit/符号H （X|Y ）= H （X ）+H （Y|X ）－H （Y ）=0.9635bit/符号(5) I （X ；Y ）= H （X ）－H （X|Y ）=0.00745 bit/符号3.2设8个等概率分布的消息通过传递概率为p 的BSC 进行传送。
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3-1 设有一离散无记忆信源，其概率空间为12()0.60.4X x x P x ⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦，信源发出符号通过一干扰信道，接收符号为12{,}Y y y =，信道传递矩阵为51661344P ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦，求： （1） 信源X 中事件1x 和2x 分别含有的自信息量；（2） 收到消息j y （j ＝1，2）后，获得的关于i x （i ＝1，2）的信息量； （3） 信源X 和信宿Y 的信息熵；（4） 信道疑义度(/)H X Y 和噪声熵(/)H Y X ； （5） 接收到消息Y 后获得的平均互信息量(;)I X Y 。
解：（1）12()0.737,() 1.322I x bit I x bit ==（2）11(;)0.474I x y bit =，12(;) 1.263I x y bit =-，21(;) 1.263I x y bit =-，22(;)0.907I x y bit =（3）()(0.6,0.4)0.971/H X H bit symbol ==()(0.6,0.4)0.971/H Y H bit symbol ==（4）()(0.5,0.1,0.1,0.3) 1.685/H XY H bit symbol ==(/) 1.6850.9710.714/H X Y bit symbol =-= (/)0.714/H Y X bit symbol =（5）(;)0.9710.7140.257/I X Y bit symbol =-=3-2 设有扰离散信道的输入端是以等概率出现的A 、B 、C 、D 四个字母。
该信道的正确传输概率为0.5，错误传输概率平均分布在其他三个字母上。
验证在该信道上每个字母传输的平均信息量为0.21比特。
证明：信道传输矩阵为：11112666111162661111662611116662P ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦，信源信宿概率分布为：1111()(){,,,}4444P X P Y ==， H(Y/X)=1.79（bit/符号），I(X;Y)=H(Y)- H(Y/X)=2-1.79=0.21（bit/符号）3-3 已知信源X 包含两种消息：12,x x ，且12()() 1/2P x P x ==，信道是有扰的，信宿收到的消息集合Y 包含12,y y 。
给定信道矩阵为：0.980.020.20.8P ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦，求平均互信息(;)I X Y 。
解：I(X;Y)=H(X)+H(Y)-H(XY)H(X)=1 bit/符号,H(Y)=0.93 bit/符号,H(XY)=1.34 bit/符号, I(X;Y)=0.59 bit/符号。
3-4 设二元对称信道的传递矩阵为：21331233⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦， （1） 若P(0)=34，P(1)=14，求()H X ，(/)H X Y ，(/)H Y X 和(;)I X Y ； （2） 求该信道的信道容量及其达到信道容量时的输入概率分布。
解：（1）H(X)=0.811（bit/符号），H(XY)=1.73（bit/符号），H(Y)=0.98（bit/符号），H(X/Y)=0.75（bit/符号），H(Y/X)=0.92（bit/符号），I(X ；Y)=0.06（bit/符号）；（2）C ＝0.082（bit/符号），最佳输入分布为：11{}22X P = 3-5 求下列两个信道的信道容量，并加以比较：（1） 22p p p p εεεεεε⎡⎤--⎢⎥--⎢⎥⎣⎦ （2） 2002p p p p εεεεεε⎡⎤--⎢⎥--⎢⎥⎣⎦其中1p p +=。
解：（1）1log 2(,,2)(12)log(12)2log 41()log()()log()2log 2(12)log(12)2log 412()log()()log()(12)log(12)C H p p p p p p p p p p εεεεεεεεεεεεεεεεεεεεεεεε=-------=+--+--+----=-+--+-----（2）2log 2(,,2)(12)log(12)2log 21()log()()log()2log 2(12)log(12)2log 21()log()()log()(12)log(12)C H p p p p p p p p p p εεεεεεεεεεεεεεεεεεεεεεε=-------=+--+--+----=+--+-----两者的信道容量比较：212C C ε=+3-6 求题图3-6中信道的信道容量及最佳的输入概率分布。
并求当0ε=和12时的信道容量C 。
0012121ε-X Y题图 3-6解：由图知信道转移矩阵为：1000101P εεεε⎡⎤⎢⎥=-⎢⎥⎢⎥-⎣⎦，此信道非对称信道，也非准对称信道，不能利用其公式计算。
此信道也不能采用先假设一种输入分布，利用信道容量解的充要性来计算。
但此信道矩阵是非奇异矩阵，又r ＝s ，则可利用方程组求解：3311(/)(/)log (/),1,2,3ji j j i j i j j P ba Pb a P b a i β====∑∑，所以123230(1)(1)log(1)log (1)(1)log(1)log βεβεβεεεεεβεβεεεε=⎧⎪-+=--+⎨⎪+-=--+⎩ 解得：10β=，23(1)log(1)log ββεεεε==--+，所以1()log 2log[12]j H jC βε-==+∑，11()22C C p b β--==，2()2()22C H C p b βε---==，3()3()22C H C p b βε---==，根据31()()(/),1,2,3j iji i P b P a P ba j ===∑，得最佳输入分布为：11()()2C p a p b -==，()2323()()()()2H C p a p a p b p b ε--====，当ε＝0时，此信道为一一对应信道，1231log3,()()()3C p a p a p a ====；当ε＝0.5时，12311log 2,(),()()24C p a p a p a ====。
3-7 有一个二元对称信道，其信道矩阵为0.980.020.020.98⎡⎤⎢⎥⎣⎦。
设该信道以1500个二元符号每秒的速率传输输入符号。
现有一消息序列共有14000个二元符号，并设在这个消息中，(0)(1)1/2P P ==。
问从信息传输的角度来考虑，10秒内能否将这消息序列无失真地传送完？解：信道容量：C ＝0.859（bit/符号），15000.8591288(/)t C bit s =⨯=，10秒内最大信息传输能力＝12880 bits ，消息序列含有信息量＝14000 bits ，12880<14000，所以10秒内不能将这消息序列无失真地传送完。
3-8 有一离散信道，其信道转移概率如题图3-8所示，试求： （1） 信道容量C ；（2） 若2ε＝0，求信道容量。
11ε1εε--12题图 3-8解：（1）112212121(1)loglog (1)log(1)2C εεεεεεεε-=--++---- （2）若20ε=，则11C ε=- 3-9 设离散信道矩阵为：1111336611116363P ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦， 求信道容量C 。
解：C ＝0.041（bit/符号）。
3-10 若有一离散非对称信道，其信道转移概率如题图3-10所示。
试求：111/21/21/43/4题图 3-10（1） 信道容量1C ；（2） 若将两个同样信道串接，求串接后的转移概率； （3） 求串接后信道的信道容量2C 。
答案：（1）此信道转移概率矩阵11221344P ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦，信道容量1C ＝0.0487 bit/符号； （2）串接后的转移概率矩阵35885111616P ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦；（3）串接后信道的信道容量2C ＝0.0033 bit/符号。
3-11 设有一离散级联信道如题图3-11所示。
试求：x 1x 0y 1y 0z 1z 2z 3434题图 3-11（1）X 与Y 间的信道容量1C ； （2） Y 与Z 间的信道容量2C ；（3）X 与Z 间的信道容量3C 及其输入分布()P x 。
答案：（1）11()C H ε=-（2）2C ＝0.75 （bit/符号） （3）X 、Z 间信道转移概率矩阵为313310(1)1444441313310(1)44444εεεεεεεε⎡⎤⎡⎤-⎢⎥⎢⎥-⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎢⎥-⎣⎦⎢⎥⎢⎥-⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦它是准对称信道，当输入等概率分布时达到信道容量。
()p x ＝{0.5,0.5}333331.06(1)log (1)log 4444C εεεε=+--+3-12 若有两个串接的离散信道，它们的信道矩阵都是：00100011100220010P ⎡⎤⎢⎥⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦， 并设第一个信道的输入符号1234{,,,}X a a a a ∈是等概率分布，求(;)I X Z 和(;)I X Y 并加以比较。
解：串接后信道矩阵为'000100010010000100010010111100010000222211000010001022P PP ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥===⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦⎣⎦1111()[,,,]8842p Y =，(;)()(/) 1.5I X Y H Y H Y X =-= 比特/符号1111()[,,,]8824p Z =，(;)()(/) 1.5I X Z H Z H Z X =-= 比特/符号可见，(;)(;)I X Z I X Y =3-13 若X ，Y ，Z 是三个随机变量，试证明：（1）();(;)(;/)(;)(;/)I X YZ I X Y I X Z Y I X Z I X Y Z =+=+； （2）();/(;/)(/)(/)I X Y Z I Y X Z H X Z H X YZ ==-；（3）();/0I X Y Z ≥,当且仅当（X Y Z ，，）是马氏链时等式成立。
3-14 若三个离散随机变量有如下关系：X Y Z =+，其中X 和Y 相互独立，试证明： （1） (;)()()I X Z H Z H Y =-；（2） (;)()I XY Z H Z =； （3） ();()I X YZ H X =； （4） ();/()I Y Z X H Y =；（5）();/(/)(/)I X Y Z H X Z H Y Z ==。