信息论习题答案Word版
(完整word版)信息论与编码-曹雪虹-课后习题答案
《信息论与编码》-曹雪虹-课后习题答案 第二章2.1一个马尔可夫信源有3个符号{}1,23,u u u ，转移概率为：()11|1/2p u u =，()21|1/2p uu =，()31|0p u u =，()12|1/3p u u =，()22|0p u u =，()32|2/3p u u =，()13|1/3p u u =，()23|2/3p u u =，()33|0p u u =，画出状态图并求出各符号稳态概率。
解：状态图如下状态转移矩阵为：1/21/201/302/31/32/30p ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭设状态u 1，u 2，u 3稳定后的概率分别为W 1，W 2、W 3由1231WP W W W W =⎧⎨++=⎩得1231132231231112331223231W W W W W W W W W W W W ⎧++=⎪⎪⎪+=⎪⎨⎪=⎪⎪⎪++=⎩计算可得1231025925625W W W ⎧=⎪⎪⎪=⎨⎪⎪=⎪⎩2.2 由符号集{0，1}组成的二阶马尔可夫链，其转移概率为：(0|00)p=0.8，(0|11)p=0.2，(1|00)p=0.2，(1|11)p=0.8，(0|01)p=0.5，(0|10)p=0.5，(1|01)p=0.5，(1|10)p=0.5。
画出状态图，并计算各状态的稳态概率。
解：(0|00)(00|00)0.8p p==(0|01)(10|01)0.5p p==(0|11)(10|11)0.2p p==(0|10)(00|10)0.5p p==(1|00)(01|00)0.2p p==(1|01)(11|01)0.5p p==(1|11)(11|11)0.8p p==(1|10)(01|10)0.5p p==于是可以列出转移概率矩阵：0.80.200000.50.50.50.500000.20.8 p⎛⎫⎪⎪=⎪⎪⎝⎭状态图为：设各状态00，01，10，11的稳态分布概率为W1,W2,W3,W4 有411i i WP W W ==⎧⎪⎨=⎪⎩∑ 得13113224324412340.80.50.20.50.50.20.50.81W W W W W W W W W W W W W W W W +=⎧⎪+=⎪⎪+=⎨⎪+=⎪+++=⎪⎩计算得到12345141717514W W W W ⎧=⎪⎪⎪=⎪⎨⎪=⎪⎪⎪=⎩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。
(完整word版)信息论习题集
信息论习题集第一章、判断题1、信息论主要研究目的是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。
（√）2、同一信息，可以采用不同的信号形式来载荷；同一信号形式可以表达不同形式的信息。
（√）3、通信中的可靠性是指使信源发出的消息准确不失真地在信道中传输；（√）4、有效性是指用尽量短的时间和尽量少的设备来传送一定量的信息。
（√）5、保密性是指隐蔽和保护通信系统中传送的消息，使它只能被授权接收者获取，而不能被未授权者接收和理解。
（√）6、认证性是指接收者能正确判断所接收的消息的正确性，验证消息的完整性，而不是伪造的和被窜改的。
（√）7、在香农信息的定义中，信息的大小与事件发生的概率成正比，概率越大事件所包含的信息量越大。
（×）第二章一、判断题1、通信中获得的信息量等于通信过程中不确定性的消除或者减少量。
（√）2、离散信道的信道容量与信源的概率分布有关，与信道的统计特性也有关。
（×）3、连续信道的信道容量与信道带宽成正比，带宽越宽，信道容量越大。
（×）4、信源熵是信号符号集合中，所有符号的自信息的算术平均值。
（×）5、信源熵具有极值性，是信源概率分布P的下凸函数，当信源概率分布为等概率分布时取得最大值。
（×）6、离散无记忆信源的N次扩展信源，其熵值为扩展前信源熵值的N倍。
（√）7、互信息的统计平均为平均互信息量，都具有非负性。
（×）8、信源剩余度越大，通信效率越高，抗干扰能力越强。
（×）9、信道剩余度越大，信道利用率越低，信道的信息传输速率越低。
（×）10、信道输入与输出之间的平均互信息是输入概率分布的下凸函数。
（×）11、在信息处理过程中，熵是不会增加的。
（√）12、熵函数是严格上凸的。
（√）13、信道疑义度永远是非负的。
（√）14、对于离散平稳信源，其极限熵等于最小平均符号熵。
(完整word版)答案~信息论与编码练习(word文档良心出品)
1、有一个二元对称信道，其信道矩阵如下图所示。
设该信道以1500个二元符号/秒的速度传输输入符号。
现有一消息序列共有14000个二元符号，并设在这消息中P(0)=P(1)=1/2。
问从信息传输的角度来考虑，10秒钟内能否将这消息序列无失真地传送完？解答：消息是一个二元序列，且为等概率分布，即P(0)=P(1)=1/2，故信源的熵为H(X)=1(bit/symbol)。
则该消息序列含有的信息量＝14000(bit/symbol)。
下面计算该二元对称信道能传输的最大的信息传输速率： 信道传递矩阵为：信道容量（最大信息传输率）为：C=1-H(P)=1-H(0.98)≈0.8586bit/symbol得最大信息传输速率为：Rt ≈1500符号/秒× 0.8586比特/符号 ≈1287.9比特/秒 ≈1.288×103比特/秒此信道10秒钟内能无失真传输得最大信息量＝10× Rt ≈ 1.288×104比特 可见，此信道10秒内能无失真传输得最大信息量小于这消息序列所含有的信息量，故从信息传输的角度来考虑，不可能在10秒钟内将这消息无失真的传送完。
2、若已知信道输入分布为等概率分布，且有如下两个信道，其转移概率矩阵分别为：试求这两个信道的信道容量，并问这两个信道是否有噪声？3 、已知随即变量X 和Y 的联合分布如下所示：01100.980.020.020.98P ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦111122221111222212111122221111222200000000000000000000000000000000P P ⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦11222211122222log 4(00)1/()log 42/log 8(000000)2/(),H bit symbol H X bit symbol C C H bit symbol H X C =-===>=-==1解答：(1)由信道1的信道矩阵可知为对称信道故C 有熵损失，有噪声。
信息论复习题期末答案
信息论复习题期末答案1. 信息论的创始人是谁？答案：信息论的创始人是克劳德·香农。
2. 信息熵的概念是什么？答案：信息熵是衡量信息量的一个指标，它描述了信息的不确定性或随机性。
在信息论中，熵越高，信息的不确定性越大。
3. 请简述信源编码定理。
答案：信源编码定理指出，对于一个具有确定概率分布的离散无记忆信源，存在一种编码方式，使得信源的平均编码长度接近信源熵的值，且当信源长度趋于无穷大时，编码长度与信源熵之间的差距趋于零。
4. 什么是信道容量？答案：信道容量是指在特定的通信信道中，能够以任意小的错误概率传输信息的最大速率。
它是信道的最大信息传输率，通常用比特每秒（bps）来表示。
5. 香农公式是如何定义信道容量的？答案：香农公式定义信道容量为信道输入和输出之间的互信息量的最大值，可以表示为C = B log2(1 + S/N)，其中C是信道容量，B是信道带宽，S是信号功率，N是噪声功率。
6. 差错控制编码的目的是什么？答案：差错控制编码的目的是为了检测和纠正在数据传输过程中可能发生的错误，以提高数据传输的可靠性。
7. 什么是线性码？答案：线性码是一种特殊的编码方式，其中任意两个合法编码的线性组合仍然是一个合法编码。
线性码通常可以用生成矩阵和校验矩阵来表示。
8. 卷积码和块码有什么区别？答案：卷积码和块码都是差错控制编码的类型，但它们的主要区别在于编码的结构和处理方式。
卷积码是连续的，其编码过程是按时间序列进行的，而块码是离散的，其编码过程是针对数据块进行的。
9. 什么是信道编码定理？答案：信道编码定理指出，对于任何给定的信道和任何小于信道容量的错误概率，都存在一种编码方式，可以使得错误概率趋近于零。
10. 请解释什么是信道编码的译码算法。
答案：信道编码的译码算法是一种用于从接收到的编码信号中恢复原始信息的方法。
常见的译码算法包括维特比算法、最大似然译码和最小均方误差译码等。
这些算法旨在最小化译码错误的概率。
信息论与编码第六章课后习题答案(曹雪虹)(word文档良心出品).docx
第六章：信道 (本章复大我重新修改了一下，尤其要关注色内容 )1、基本概念：差符号、差比特；差：随机差、突差；分：和、分和卷、性与非性、随机差和突差；矢量空、空及其偶空；有离散信道的定理：P e e- NE ( R)（掌握信道定理的内容及减小差概率的方法）；形分的展与短（掌握奇偶校及短的校矩、生成矩与原形分的关系）。
2、性分 (封性 )：生成矩及校矩、系形式的 G 和 H、伴随式与准列表、距与能力、完(明 )、循的生成多式及校多式、系形式的循。
作： 6-1、6-3、6-4、6-5 和 6-6 一、 6-7 6-8 和 6-9 一6-1 二元域上 44重失量空的元素个数共有24=16 个，它分是(0,0,0,0),(0,0,0,1)⋯ (1,1,1,1)，它的一个自然基底是(0,0,0,1),(0,0,1,0),(0,1,0,0)和(1,0,0,0)；其中一个二子空含有的元素个数 22个，取其中一个自然基底(0,0,0,1)和(0,0,1,0)，其二子空中所包含的全部矢量(0,0,0,0,),(0,0,0,1),(0,0,1,0)和(0,0,1,1)(注不唯一 )；上述子空的偶子空可以有三种不同的：(0,0,0,0) ,(0,1,0,0),(1,0,0,0)，(1,1,0,0)或(0,0,0,0) ,(0,1,0,0)或(0,0,0,0) (1,0,0,0)。
(注意本中所包含的关于矢量空的一些基本概念 )6-3 由可以写出系 (8,4)的形方程如下：v 7 u 3 v 6 u 2 v 5 u 1v 4 u 0(注：系统码高四位与信息位保持一致， u i 为信息位 )v 3 u 3 u 2 u 0 v 2 u 3 u 1 u 0 v 1 u 2 u 1 u 0 v 0 u 3 u 2 u 1把上述方程组写成矩阵形式， 可以表示为 V=UG ，其中 V 为码字构成的矢量，即 V=(v 7,v 6,v 5,v 4,v 3,v 2,v 1,v 0)，U 为信息位构成的矢量，即U=( u 3,u 2,u 1,u 0)，观察方程组可得系统生成矩阵为：1 0 0 0 1 1 0 10 1 0 0 1 0 1 1 4| P4*4G0 1 0 0 1 1 I 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0由系统生成矩阵和校验矩阵的关系可得：1 1 0 1 1 0 0 0 HP 4*4T1 0 1 1 0 1 0 0| I 41 1 1 0 0 1 01 1 1 0 0 0 0 1由校验矩阵可以看出，矩阵 H 的任意三列都是线性无关的 (任意三列之和不为 0)，但存在四列线性相关的情况 (如第 1、5、6、8 列，这四列之和为 0)，即校验矩阵 H 中最小的线性相关的列数为 4，从而得该线性分组码的最小码距为 4。
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
=
信息论基础第二章信源熵-习题答案.doc
为(202120130213001203210110321010021032011223210),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:(]\25X ——,4丿此消息的信息量是：/ =-log/? = 87.811 bit(2)此消息中平均每符号携带的信息量是：//〃 = 87.811/45 = 1.951 bit解释为什么> Iog6不满足信源储的极值性。
解： 6 H(X)= -工 /?(%,) log p(xji= -(0.2 log 0.2+ 0.19 log 0.19 + 0.181og0.18 + 0.171og0」7 + 0.161og0.16 + 0.171og0.17) =2.657 bit / symbolW(X)>log 2 6 = 2.5856不满足极值性的原因是工#(兀)=1.07 > i 。
2.7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*商和平均信息量；(4) 两个点数之和(即2, 3,…，12构成的子集)的储；(5) 两个点数中至少有一个是1的自信息量。
解：2.4 设离散无记忆信源X P(X) 兀[=0 兀2 = 1 兀3 = 2 X 4 =3 3/8 1/4 1/4 1/8 ,其发出的信息 2. 6 ■ X 'x 2 兀4 尤5 兀6 ' > P(X).[0.2 0.19 0.18 0.17 0.16 0」74H(X)=-工"(xjlog #(兀)= 2.010 /=!设信源 求这个信源的储，并⑴用随机事件兀表示“3和5同时出现”，贝UI(x i ) = - log p(xj = - log — = 4.170 bit 18(2)用随机事件齐表示“两个1同吋出现”，则 p(xj = — X —=—'6 6 36/(兀)=- log p{x i ) = -log — = 5」70 bit⑶两个点数的排列如下: 1112 13 14 15 16 2122 23 24 25 26 3132 33 34 35 36 4142 43 44 45 46 5152 53 54 55 56 61 62 63 64 65 6622, 33, 44, 55, 66的概率是卜卜召 其他"组合的概率是2x 肚诂H(X) =-工 p(x /)logp(x,) = -f6x-^log-^ + 15x-l-log-^/ I 3o 3b 1 o 1 o ⑷参考上而的两个点数的排列，可以得出两个点数求和的概率分布如H ：Xf 2 3 4 5 6 7 8 9 1() 11 121 1 1 1 1 5 1 5 1 1 1 1]p(X)_ 、36 18 12 9 36 6 36 9 12 18 36.H(X) = -工卩(无)log pg1 . 1 c 1 I 1,1. 1,1. 1,5, 5 1 I 1)-2x ——log — + 2x —log — + 2x — log — + 2x —log —+ 2x — log — + —log —I 36 36 18 18 12 12 9 9 36 36 6 6)= 3.274 bit/symbol⑸p(x.) = —x — xl 1 =——'6 6 36/(x z ) = - log /?(%, ) = - log= 1.710 bit 36共有21种组合：其中11,= 4.337 bit I symbol2.10对某城市进行交通忙闲的调查，并把天气分成晴雨两种状态，气温分成冷 暖两个状态，调查结果得联合出现的相对频度如下：若把这些频度看作概率测度，求：(1) 忙闲的无条件爛；(2) 天气状态和气温状态已知时忙闲的条件爛；⑶从天气状态和气温状态获得的关于忙闲的信息。
(信息论)第二、三章习题参考答案
第二章习题参考答案2-1解：同时掷两个正常的骰子，这两个事件是相互独立的，所以两骰子面朝上点数的状态共有6×6＝36种，其中任一状态的分布都是等概的，出现的概率为1/36。
(1)设“3和5同时出现”为事件A ，则A 的发生有两种情况：甲3乙5，甲5乙3。
因此事件A 发生的概率为p(A)=(1/36)*2=1/18 故事件A 的自信息量为I(A)=－log 2p(A)=log 218=4.17 bit(2)设“两个1同时出现”为事件B ，则B 的发生只有一种情况：甲1乙1。
因此事件B 发生的概率为p(B)=1/36 故事件B 的自信息量为I(B)=－log 2p(B)=log 236=5.17 bit (3) 两个点数的排列如下：因为各种组合无序，所以共有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：sym bolbit x p x p X H X P X ii i / 274.3 61log 61365log 365291log 912121log 1212181log 1812361log 3612 )(log )()(36112181111211091936586173656915121418133612)(=⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯+⨯+⨯+⨯+⨯-=-=⎪⎭⎪⎬⎫⎪⎩⎪⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∑(5)“两个点数中至少有一个是1”的组合数共有11种。
bitx p x I x p i i i 710.13611log )(log )(3611116161)(=-=-==⨯⨯=2-2解：(1)红色球x 1和白色球x 2的概率分布为⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡2121)(21x x x p X i 比特 12log *21*2)(log )()(2212==-=∑=i i i x p x p X H(2)红色球x 1和白色球x 2的概率分布为⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡100110099)(21x x x p X i 比特 08.0100log *100199100log *10099)(log )()(22212=+=-=∑=i i i x p x p X H (3)四种球的概率分布为⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡=⎥⎦⎤⎢⎣⎡41414141)(4321x x x x x p X i ，42211()()log ()4**log 4 2 4i i i H X p x p x ==-==∑比特2-5解：骰子一共有六面，某一骰子扔得某一点数面朝上的概率是相等的，均为1/6。
信息论习题集+答案(完版整)
信息论习题集一、名词解释（每词2分）（25道）1、“本体论”的信息（P3）2、“认识论”信息（P3）3、离散信源（11）4、自信息量（12）5、离散平稳无记忆信源（49）6、马尔可夫信源（58）7、信源冗余度 （66）8、连续信源 （68）9、信道容量 （95）10、强对称信道 （99） 11、对称信道 （101-102）12、多符号离散信道（109）13、连续信道 （124） 14、平均失真度 （136） 15、实验信道 （138） 16、率失真函数 （139） 17、信息价值率 （163） 18、游程序列 （181） 19、游程变换 （181） 20、L-D 编码（184）、 21、冗余变换 （184） 22、BSC 信道 （189） 23、码的最小距离 （193）24、线性分组码 （195） 25、循环码 （213） 二、填空（每空1分）（100道）1、 在认识论层次上研究信息的时候，必须同时考虑到形式、含义和效用 三个方面的因素。
2、 1948年，美国数学家 香农 发表了题为“通信的数学理论”的长篇论文，从而创立了信息论。
3、 按照信息的性质，可以把信息分成语法信息、语义信息和语用信息 。
4、 按照信息的地位，可以把信息分成 客观信息和主观信息 。
5、 人们研究信息论的目的是为了高效、可靠、安全 地交换和利用各种各样的信息。
6、 信息的可度量性 是建立信息论的基础。
7、 统计度量 是信息度量最常用的方法。
8、 熵是香农信息论最基本最重要的概念。
9、 事物的不确定度是用时间统计发生 概率的对数 来描述的。
10、单符号离散信源一般用随机变量描述，而多符号离散信源一般用 随机矢量 描述。
11、一个随机事件发生某一结果后所带来的信息量称为自信息量，定义为 其发生概率对数的负值。
12、自信息量的单位一般有 比特、奈特和哈特 。
13、必然事件的自信息是 0 。
14、不可能事件的自信息量是 ∞ 。
信息论及编码理论练习习题答案.docx
第二章信息量和熵八元编码系统，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2log 8 =2 3=6 bit因此，信息速率为 6 1000=6000 bit/s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} p(a) = 6 = 13661=log 6 = bit得到的信息量 = logp(a)(2)可能的唯一，为 {6 ，6}p(b) =1361=log 36 = bit得到的信息量 = logp(b)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) p(a) =152!1=log 52! = bit信息量 = logp(a)13!13种点数任意排列(b)413花色任选p(b) =13!41341313=13 A52C52信息量 = log C5213log 413= bit随机 3 骰子， X 表示第一骰子的果，Y 表示第一和第二骰子的点数之和， Z 表示 3 骰子的点数之和，求H ( Z | Y)、H ( X | Y )、H (Z | X ,Y)、H ( X , Z | Y) 、H (Z | X)。
解：令第一第二第三骰子的果分x1 , x2 , x3， x1， x2， x3相互独立，X x1， Y x1x2， Z x1x2x3H ( Z | Y) =H(x3 ) = log6= bitH ( Z | X )= H ( x2x3) = H (Y)=2(1log 36+2log 18+3log 12+4log 9+5log36)+6log 63636363636536 = bitH ( X | Y) = H ( X ) - I ( X ;Y ) = H ( X ) -[ H (Y) - H (Y | X ) ]而H (Y | X ) = H ( X ) ，所以 H ( X |Y ) = 2 H ( X ) - H (Y) = bit或H ( X | Y) = H ( XY ) - H (Y ) = H ( X ) + H (Y | X ) - H (Y)而 H (Y | X ) = H ( X )，所以H ( X | Y )=2H (X )-H (Y)= bitH (Z | X ,Y) = H (Z |Y ) = H ( X ) = bitH ( X , Z |Y) = H ( X |Y ) + H (Z | XY ) =+= bit一个系送10 个数字， 0，1，⋯，9。
信息论-习题答案
· 1 ·2.1 试问四进制、八进制脉冲所含信息量是二进制脉冲的多少倍？解：四进制脉冲可以表示4个不同的消息，例如：{0, 1, 2, 3}八进制脉冲可以表示8个不同的消息，例如：{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7} 二进制脉冲可以表示2个不同的消息，例如：{0, 1} 假设每个消息的发出都是等概率的，则：四进制脉冲的平均信息量symbol bit n X H / 24log log )(1=== 八进制脉冲的平均信息量symbol bit n X H / 38log log )(2=== 二进制脉冲的平均信息量symbol bit n X H / 12log log )(0=== 所以：四进制、八进制脉冲所含信息量分别是二进制脉冲信息量的2倍和3倍。
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（不是大学生）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：bit y p x y p x p y x p y x I 415.15.075.025.0log)()/()(log )/(log )/(11111111=⨯-=-=-=2.3 一副充分洗乱了的牌（含52张牌），试问 (1) 任一特定排列所给出的信息量是多少？(2) 若从中抽取13张牌，所给出的点数都不相同能得到多少信息量？解：(1) 52张牌共有52！种排列方式，假设每种排列方式出现是等概率的则所给出的信息量是：!521)(=i x pbit x p x I i i 581.225!52log )(log )(==-=(2) 52张牌共有4种花色、13种点数，抽取13张点数不同的牌的概率如下：· 2 ·bitCx p x I C x p i i i 208.134log)(log )(4)(135213135213=-=-==2.4 设离散无记忆信源⎭⎬⎫⎩⎨⎧=====⎥⎦⎤⎢⎣⎡8/14/1324/18/310)(4321x x x x XP X，其发出的信息为(202120130213001203210110321010021032011223210)，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：bit n I 951.145/811.87/==2.5 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：“你是否是色盲？”他的回答可能是“是”，可能是“否”，问这两个回答中各含多少信息量，平均每个回答中含有多少信息量？如果问一位女士，则答案中含有的平均自信息量是多少？解： 男士： symbolbit x p x p X H bitx p x I x p bit x p x I x p ii i N N N Y Y Y / 366.0)93.0log 93.007.0log 07.0()(log )()( 105.093.0log )(log )(%93)( 837.307.0log )(log )(%7)(2=+-=-==-=-===-=-==∑女士：symbol bit x p x p X H ii i / 045.0)995.0log 995.0005.0log 005.0()(log )()(2=+-=-=∑2.6 设信源⎭⎬⎫⎩⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡17.016.017.018.019.02.0)(654321x x x x x x X P X，求这个信源的熵，并解释为什么H(X) > log6不满足信源熵的极值性。
(完整版)信息论与编码习题参考答案
1.6为了使电视图象获得良好的清晰度和规定的对比度，需要用5×105个像素和10个不同的亮度电平，并设每秒要传送30帧图象，所有的像素是独立的，且所有亮度电平等概出现。
求传输此图象所需要的信息率（bit/s ）。
解：bit/s 104.98310661.130)/)(()/(R bit/frame10661.1322.3105)(H 105)(H bit/pels322.310log )(log )()(H 7665051010⨯=⨯⨯=⨯=∴⨯=⨯⨯=⨯⨯====∑=frame bit X H s frame r x X a p a p x i i i 所需信息速率为：每帧图像的熵是：每个像素的熵是：，由熵的极值性：由于亮度电平等概出现1.7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。
试证明传输这种彩电系统的信息率要比黑白系统的信息率大2.5倍左右。
证:.5.2,,5.25.2477.210log 300log )(H )(H pels/bit 300log )(log )()(H bit 3001030,10,,300130011倍左右比黑白电视系统高彩色电视系统信息率要图形所以传输相同的倍作用大信息量比黑白电视系统彩色电视系统每个像素每个像素的熵是：量化所以每个像素需要用个亮度每个色彩度需要求下在满足黑白电视系统要个不同色彩度增加∴≈====∴=⨯∑=x x b p b p x i i i1.8每帧电视图像可以认为是由3×105个像素组成，所以像素均是独立变化，且每像素又取128个不同的亮度电平，并设亮度电平是等概出现。
问每帧图像含有多少信息量？若现在有一个广播员，在约10000个汉字中选1000个字来口述这一电视图像，试问若要恰当地描述此图像，广播员在口述中至少需要多少汉字？ 解:个汉字最少需要数描述一帧图像需要汉字每个汉字所包含信息量每个汉字所出现概率每帧图象所含信息量55665510322.6/10322.61.0log 101.2)()()()(,log H(c):1.0100001000symble /bit 101.2128log 103)(103)(:⨯∴⨯=-⨯=≥≤-=∴==⨯=⨯⨯=⨯⨯=frame c H X H n c nH X H n p p x H X H1.9给定一个概率分布),...,,(21n p p p 和一个整数m ，nm ≤≤0。
(完整word版)信息论与编码试卷及答案分解
-、(11'填空题(1) 1948年，美国数学家香农_________ 发表了题为"通信的数学理论”的长篇论文，从而创立了信息论。
(2) 必然事件的自信息是_0 ________ 。
(3) 离散平稳无记忆信源X的N次扩展信源的熵等于离散信源X的熵的N倍 _________ 。
(4) 对于离散无记忆信源，当信源熵有最大值时，满足条件为「信源符号等概分布_(5) 若一离散无记忆信源的信源熵H(X)等于2.5，对信源进行等长的无失真二进制编码，则编码长度至少为」________ 。
(6) 对于香农编码、费诺编码和霍夫曼编码，编码方法惟一的是香农编码。
(7) 已知某线性分组码的最小汉明距离为3，那么这组码最多能检测出_2 _________ 个码元错误，最多能纠正1__个码元错误。
(8) 设有一离散无记忆平稳信道，其信道容量为C,只要待传送的信息传输率R _小于_ C(大于、小于或者等于)，则存在一种编码，当输入序列长度n足够大，使译码错误概率任意小。
(9) 平均错误概率不仅与信道本身的统计特性有关，还与—译码规则_______________ 和_编码方法___有关三、(5 )居住在某地区的女孩中有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。
假如我们得知“身高 1.6米以上的某女孩是大学生”的消息，问获得多少信息量？解：设A表示"大学生”这一事件，B表示“身高1.60以上”这一事件，则P(A)=0.25 p(B)=0.5 p(B|A)=0.75 ( 2 分)故p(A|B)=p(AB)/p(B)=p(A)p(B|A)/p(B)=0.75*0.25/0.5=0.375 ( 2分) I(A|B)=-Iog0.375=1.42bit ( 1 分)四、(5)证明：平均互信息量同信息熵之间满足l(X;Y)=H(X)+H(Y)-H(XY)证明：< p(x yj )l(X;Y) = Z 送pgy j )og ----------- -----X Y p(x )=-Z Z p(xy j )og pg )—」—E Z p(xy j Jog p(x y ji (2分)X Y X Y=H X -H XY同理I X;Y =HY -HYX (1分)则HYX 二H Y -I X;Y因为H(XY )=H(X )+H(Y|X ) (1 分)故H XY =HX H Y -I X;Y即I X;Y = H X H Y - H XY (1 分)五、（18' •黑白气象传真图的消息只有黑色和白色两种，求：X的数学模型。
(完整版)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。
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1．设信源⎭⎬⎫⎩⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡4.06.0)(21x x X P X 通过一干扰信道，接收符号为Y = { y 1, y 2 }，信道转移矩阵为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡43416165，求：(1) 信源X 中事件x 1和事件x 2分别包含的自信息量；(2) 收到消息y j (j=1,2)后，获得的关于x i (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) 接收到信息Y 后获得的平均互信息量。
解： 1)bit x p x I bitx p x I 322.14.0log )(log )( 737.06.0log )(log )(22222121=-=-==-=-=2)bity p x y p y x I bity p x y p y x I bity p x y p y x I bity p x y p y x I x y p x p x y p x p y p x y p x p x y p x p y p 907.04.04/3log )()/(log );( 263.16.04/1log )()/(log );( 263.14.06/1log )()/(log );( 474.06.06/5log )()/(log );(4.0434.0616.0)/()()/()()(6.0414.0656.0)/()()/()()(222222221212122212221211121122212122121111===-===-=======⨯+⨯=+==⨯+⨯=+=3)symbolbit y p y p Y H symbol bit x p x p X H jj j ii i / 971.010log )4.0log 4.06.0log 6.0()(log )()(/ 971.010log )4.0log 4.06.0log 6.0()(log )()(22=+-=-==+-=-=∑∑4)symbolbit Y H X Y H X H Y X H Y X H Y H X Y H X H symbolbit x y p x y p x p X Y H iji j i j i / 715.0971.0715.0971.0 )()/()()/()/()()/()(/ 715.0 10log )43log 434.041log 414.061log 616.065log 656.0( )/(log )/()()/(2=-+=-+=∴+=+=⨯⨯+⨯+⨯+⨯-=-=∑∑5)symbol bit Y X H X H Y X I / 256.0715.0971.0)/()();(=-=-=2．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)21)(/ 082.010log )32lg 3231lg 31(2log log );(max 222==⨯++=-==i mi x p symbolbit H m Y X I C3．黑白气象传真图的消息只有黑色和白色两种，即信源X ={黑，白}。
设黑色出现的概率为P(黑) = 0.3，白色出现的概率为P(白) = 0.7。
(1) 假设图上黑白消息出现前后没有关联，求熵H(X)；(2) 假设消息前后有关联，其依赖关系为P(白/白) = 0.9，P(黑/白) = 0.1，P(白/黑) = 0.2，P(黑/黑) = 0.8，求此一阶马尔可夫信源的熵H 2(X);解： (1)symbol bit x p x p X H ii i / 881.0)7.0log 7.03.0log 3.0()(log )()(=+-=-=∑(2)symbolbit e e p e e p e p H e p e p e p e p e p e p e p e p e p e p e p e p e e p e p e e p e p e p e e p e p e e p e p e p iji j i j i / 553.0 9.0log 9.0321.0log 1.0322.0log 2.0318.0log 8.031 )/(log )/()(3/2)(3/1)(1)()()(2)()(2.0)(9.0)()(1.0)(8.0)()/()()/()()()/()()/()()(21211212221112122222121111=⎪⎭⎫⎝⎛⨯+⨯+⨯+⨯-=-=⎩⎨⎧==⎩⎨⎧=+=⎩⎨⎧+=+=⎩⎨⎧+=+=∑∑∞4．某一无记忆信源的符号集为{0, 1}，已知P(0) = 1/4，P(1) = 3/4。
(1) 求符号的平均熵；(2) 有100个符号构成的序列，求某一特定序列（例如有m 个“0”和（100 - m ）个“1”）的自信息量的表达式； (3) 计算(2)中序列的熵。
解： (1)symbol bit x p x p X H ii i / 811.043log 4341log 41)(log )()(=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=-=∑(2)bit m x p x I x p mi i m mm i 585.15.4143log)(log )(434341)(100100100100100+=-=-==⎪⎭⎫⎝⎛⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛=---(3)symbol bit X H X H / 1.81811.0100)(100)(100=⨯==5．已知一个高斯信道，输入信噪比（比率）为3。
频带为3kHz ，求最大可能传输的消息率。
若信噪比提高到15，理论上传送同样的信息率所需的频带为多少？解：()()HzP P C W sbit P P W C N X t N X t 1500151log 60001log / 600031log 30001log 22=+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+==+⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=6．试求以下各信道矩阵代表的信道的容量：p(黑/黑)=0.8e1e2(1) [P] = ⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡0010100000010100 (2) [P] = ⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡10100010010001001(3) [P] = ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡3.0001.0002.0004.00007.0003.00004.0003.0002.0001.0 解：1)这个信道是一一对应的无干扰信道 ymbol bit n C s / 24log log 22=== 2)这个信道是归并的无干扰信道ymbol bit m C s / 585.13log log 22=== 3)这个信道是扩展的无干扰信道ymbol bit n C s / 585.13log log 22===7．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)()(14.3=====K X H R X H iη8．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 η9．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)()(72.2=====KX H R X H iη10．设线性分组码的生成矩阵为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=110100011010101001G ，求： （1）此（n ，k ）码的n=？ k=？，写出此（n ，k ）码的所有码字。
（2）求其对应的一致校验矩阵H 。
（3）确定最小码距，问此码能纠几位错？列出其能纠错的所有错误图样和对应的伴随式。
（4）若接收码字为000110，用伴随式法求译码结果。
解：1）n=6，k=3，由C=mG 可得所有码字为：000000，001011，010110，011101，100101，101110，110011，1110002）此码是系统码，由G 知，⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=110011101P ，则 ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡==100101010110001011][I P H T 3）由H 可知，其任意2列线性无关，而有3列线性相关，故有3min =d ，能纠一位错。