(精选)信息论与编码 曹雪虹 第4章
信息论与编码(第二版)曹雪虹(最全版本)答案范文
《信息论与编码（第二版）》曹雪虹答案第二章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 u u =，()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 ==u 1u 2u 31/21/21/32/32/31/3于是可以列出转移概率矩阵：0.80.200000.50.50.50.500000.20.8p ⎛⎫ ⎪⎪= ⎪ ⎪⎝⎭状态图为：000110110.80.20.50.50.50.50.20.8设各状态00，01，10，11的稳态分布概率为W 1,W 2,W 3,W 4 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：0.80.200000.50.50.50.500000.20.8p ⎛⎫ ⎪⎪= ⎪ ⎪⎝⎭状态图为：设各状态00，01，10，11的稳态分布概率为W 1,W 2,W 3,W 4 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。
信息论与编码-曹雪虹-课后习题答案(精选.)
《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：0.80.200000.50.50.50.500000.20.8p ⎛⎫ ⎪⎪= ⎪ ⎪⎝⎭状态图为：设各状态00，01，10，11的稳态分布概率为W 1,W 2,W 3,W 4 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。
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信息论与编码(第二版)曹雪虹(最全版本)答案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：symbol bit 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)(=-=-==⨯⨯=2-42.5 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) 0.5 0.5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=⨯-=-=-=2.6 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 2.8 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。
信息论与编码-曹雪虹-课后习题参考答案
《信息论与编码》-曹雪虹-课后习题答案第二章错误!未定义书签。
2.1一个马尔可夫信源有3个符号{}1,23,uu u ，转移概率为：()11|1/2p u u =，()21|1/2p u u =，()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。
W 2、W 31231025925625W W W ⎧=⎪⎪⎪=⎨⎪⎪=⎪⎩ 2.2(0|p (0|01)p =0.5，(0|10)p 解：(0|00)(00|00)0.8p p ==(0|01)(10|01)0.5p p ==于是可以列出转移概率矩阵：0.80.200000.50.50.50.500000.20.8p ⎛⎫ ⎪ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭ 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411iiWP WW==⎧⎪⎨=⎪⎩∑得13113224324412340.80.50.20.50.50.20.50.81W W WW W WW W WW W WW W W W+=⎧⎪+=⎪⎪+=⎨⎪+=⎪+++=⎪⎩计算得到12345141717514WWWW⎧=⎪⎪⎪=⎪⎨⎪=⎪⎪⎪=⎩2.31/6，求：(1)“3和5(2)“两个1(3)1的自信息量。
11 12 13 14 15 1621 22 23 24 25 2631 32 33 34 35 3641 42 43 44 45 4651 52 53 54 55 5661 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=⨯⨯ (4)x p x p X H X P X i i i 1212181log 1812361log 3612 )(log )()(1211091936586173656915121418133612)( ⎝⎛⨯+⨯+⨯-=-=⎪⎩⎪⎨⎧=⎥⎦⎤⎢⎣⎡∑2.575%是身高160厘米以上的占总数的厘米以上的某女孩是大学生”的设随机变量X 代表女孩子学历X x 1（是大学生） x 2（不是大学生）P(X) 0.25 0.75设随机变量Y 代表女孩子身高Y y1（身高>160cm）y2（身高<160cm）P(Y) 0.5 0.5已知：在女大学生中有75%是身高160厘米以上的即：bitxyp75.0)/(11=求：身高160即：ypxypxpyxpyxI5.075.025.0log)()/()(log)/(log)/(11111111⨯-=-=-=2.6掷两颗骰子，1()(1,2)(2,1)18p x p p=+=log()log18 4.170p x bit=-==7的概率log()log6 2.585p x bit=-==341231/41/8x x===⎫⎪⎭（1）求每个符号的自信息量（2）信源发出一消息符号序列为{202120130213001203210110321010021032011223210}，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87.81 1.9545=bit/符号 2.8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 XH / 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。
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《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：0.80.200000.50.50.50.500000.20.8p ⎛⎫ ⎪⎪= ⎪ ⎪⎝⎭状态图为：设各状态00，01，10，11的稳态分布概率为W 1,W 2,W 3,W 4 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。
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《信息论与编码》-曹雪虹－课后习题答案第二章错误!未定义书签。
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 u u =，()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 ⎛⎫ ⎪= ⎪ ⎪⎝⎭ﻫ设状态u 1，u 2,u 3稳定后的概率分别为Ｗ1,W 2、Ｗ3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：0.80.200000.50.50.50.500000.20.8p ⎛⎫ ⎪⎪= ⎪ ⎪⎝⎭状态图为：设各状态00,01,１0,11的稳态分布概率为Ｗ１,W 2,W 3，W 4 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。
信息论与编码(曹雪虹)答案
= 0
3.3在有扰离散信道上传输符号0和1，在传输过程中每100个符号发生一个错误，已知P(0)=P(1)=1/2，信源每秒内发出1000个符号，求此信道的信道容量。
解：
由题意可知该二元信道的转移概率矩阵为：
为一个BSC信道
所以由BSC信道的信道容量计算公式得到：
3.4求图中信道的信道容量及其最佳的输入概率分布.并求当 =0和1/2时的信道容量C的大小。
(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)
(2)
(3)
2-26
P(i)= P(ij)=
H(IJ)=
2.29有一个一阶平稳马尔可夫链 ,各Xr取值于集合 ,已知起始概率P(Xr)为 ，转移概率如下图所示
（2）求此信源的熵
（3）近似认为此信源为无记忆时，符号的概率分布为平稳分布。求近似信源的熵H(X)并与 进行比较
解:根据香农线图,列出转移概率距阵
令状态0,1,2平稳后的概率分布分别为W1,W2,W3
得到 计算得到
由齐次遍历可得
符号由最大熵定理可知 存在极大值
或者也可以通过下面的方法得出存在极大值:
解：
设随机变量X代表女孩子学历
X
x1（是大学生）
x2（不是大学生）
P(X)
0.25
0.75
设随机变量Y代表女孩子身高
Y
y1（身高>160cm）
y2（身高<160cm）
P(Y)
0.5
0.5
已知：在女大学生中有75%是身高160厘米以上的
信息论与编码曹雪虹课后习题答案(供参考)
《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：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 ==于是可以列出转移概率矩阵：0.80.200000.50.50.50.500000.20.8p ⎛⎫ ⎪⎪= ⎪ ⎪⎝⎭状态图为：设各状态00，01，10，11的稳态分布概率为W 1,W 2,W 3,W 4 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。
《信息论与编码》曹雪虹-张宗橙清华大学出版社可配北邮版本
x8 0.04
编码 码长
1
1
001
3
011
3
0000
4
0100
4
0101
4
00010
5
00011
5
(3) 香农编码
信 源 符 号 符 号 概 率 累 加 概 率 -Logp(xi) 码长 Ki 码字
xi
pi
Pi
x1
0.4
0
1.322
2
00
x2
0.18
0.4
2.474
3
011
x3
0.1
0.58
3.322
4
1001
x4
0.1
0.68
3.322
4
1010
x5
0.07
0.78
3.837
4
1100
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x6
0.06
0.85
4.059
5
x7
0.05
0.91
4.322
5
x8
0.04
0.96
4.644
5
平均码长:
11011 11101 11110
(4) 费诺编码：
3
2
6
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（2） H(Y/X)=
1/3
1/3
1/3
1/3
2/3
00
2
x2 1/3
1/3
1/3
1/3
1/3
1/3
01
2
x3 1/9
1/9
1/9
2/9
1/3
100
信息论与编码-曹雪虹-课后习题问题详解
《信息论与编码》-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：0.80.200000.50.50.50.500000.20.8p ⎛⎫ ⎪⎪= ⎪ ⎪⎝⎭状态图为：设各状态00，01，10，11的稳态分布概率为W 1,W 2,W 3,W 4 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。
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误码失真：
0,
d (xi , y j ) (xi , y j ) 1，
xi y j 其它
前三种失真函数适用于连续信源，后一种适用于 离散信源。
信息论基础B
6
失真函数的定义可以推广到序列编码情况，如果假定离散信源输出符
号序列X=(X1X2…Xl…XL)，其中L长符号序列样值xi＝(xi1xi2…xil…xiL)， 经信源编码后，输出符号序列Y=(Y 1Y 2…Y l…Y L)，其中L长符号序列样 值yj＝(yj1yj2…yjl…yjL)，则失真函数定义为：
d(
xi,y
j
)
0 α
α0
xi y j xi y j
信息论基础B
4
失真矩阵
单个符号的失真度的全体构成的矩阵 d(xi , yj，) 称
为失真矩阵
d(a1,b1) d(a1,b2 )
d d(a2 ,b1) d(a2 ,b2 )
d(an ,b1) d(an ,b2 )
信息论基础B
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例4-1-3
设信源的符号表为A＝{a1，a2，…，a2n}，概率分
布为p(ai)＝1/2n，i＝1，2，…，2n，失真函数规定
为
1 i j d (ai , a j ) 0 i j
即符号不发生差错时失真为0，一旦出错，失真为1 ，试研究在一定编码条件下信息压缩的程度。
1 L
d L (xi , y j ) L l1 d (xil , y jl )
其中d(xil，yjl)是信源输出L长符号样值xi中的第l个符号xil时，编 码输出L长符号样值yj中的第l个符号yjl的失真函数。
信息论基础B
7
4.1.2 平均失真
由于xi和yj都是随机变量，所以失真函数d(xi，yj)也是随机变量， 限失真时的失真值，只能用它的数学期望或统计平均值，因此将 失真函数的数学期望称为平均失真，记为
PD p(bj / ai ) : D D i 1,2, , n; j 1,2, , m
称为D允许试验信道。
信息论基础B
12
（2）信息率失真函数R(D)
由于互信息取决于信源分布和信道转移概率分布，当p(xi)一 定时，互信息I是关于p(yj/xi) 的U型凸函数，存在极小值。因 而在上述允许信道PD中，可以寻找一种信道pij，使给定的信 源p(xi)经过此信道传输后，互信息I(X；Y)达到最小。该最小 的互信息就称为信息率失真函数R(D)，即
给出一个失真的限制值D，在满足平均失真 D D 的条件下，选择一种编码方法使信息率R尽可能小 。信息率R就是所需输出的有关信源X的信息量。
信息论基础B
11
（1）D允许试验信道
平均失真由信源分布p(xi)、假想信道的转移概率p(yj/xi)和 失真函数d(xi，yj)决定，若p(xi)和d(xi，yj)已定，则可给出满 足x下式条件的所有转移概率分布pij，它们构成了一个信道 集合PD
信息论基础B
2
4.1 平均失真和信息率失真函数
在实际问题中，信号有一定的失真是可以容忍的。 但是当失真大于某一限度后，信息质量将被严重损伤 ，甚至丧失其实用价值。要规定失真限度，必须先有 一个定量的失真测度。为此可引入失真函数。
信息论基础B
3
4.1.1 失真函数
假如某一信源X，输出样值为xi，xi{a1,…an}，经过有 失真的信源编码器，输出Y，样值为yj，yj {b1,…bm}。 如果xi＝yj，则认为没有失真；如果xi yj，那么就产生 了失真。失真的大小，用一个量来表示，即失真函数 d(xi，yj)，以衡量用yj代替xi所引起的失真程度。一般失 真函数定义为
对于L长序列编码情况，平均失真为
D L
1 L
L l 1
E[d (xil , y jl )]
1 L Dl
L l 1
信息论基础B
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4.1.3 信息率失真函数R(D)
X
Y
信源编码器
xa1,a2, an
yb1,b2, bn
假想信道
将信源编码器看作信道
信息论基础B
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4.1.3 信息率失真函数R(D)
信息论基础B
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4.1.4 的定义域 ⑴ Dmin和R(Dmin) Dmin＝0
R(Dmin) R(0) H (X )
对于连续信源
R(Dmin ) R(0) H c (x)
nm
D
p(aibj )d (ai ,bj )
i1 j 1
nm
p(ai ) p(b j / ai )d (ai , b j )
i1 j 1
p( y j xi )
xi
信源编码器
yj
信息论基础B
8
对于连续随机变量同样可以定义平均失真
D pxy (x, y)d (x, y)dxdy
第4章 信息率失真函数
本章主要讨论在信源允许一定失真情况下所需 的最少信息率，从分析失真函数、平均失真出 发，求出信息率失真函数R（D） 。
4.1 平均失真和信息率失真函数 4.2 离散信源和连续信源的R（D）计算
信息论基础B
1
4.1 平均失真和信息率失真函数
4.1.1 失真函数 4.1.2 平均失真 4.1.3 信息率失真函数R(D) 4.1.4 信息率失真函数的性质
R(D) min I ( X ;Y ) PD
信息论基础B
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对于离散无记忆信源，R(D)函数可写成
R(D) min PijPD
n i1
m j 1
p(ai ) p(bj
/ ai ) log
p(bj / ai ) p(bj )
p(ai)，i＝1，2，…，n 是信源符号概率分布；
p(bj/ai)，i＝1，2，…，n，j＝1，2，…，m 是转移概率分布 p(bj)，j＝1，2，…，m 是接收端收到符号概率分布。
d(a1,bm ) d(a2 ,bm )
d(an ,bm )
信息论基础B
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最常用的失真函数
均方失真： d(xi , y j ) xi y j 2
绝对失真： d (xi , y j ) xi y j
相对失真： d (xi , y j ) xi y j / xi