实验一_绘制二进制熵函数曲线
信源熵函数曲线Matlab仿真
信源熵函数曲线Matlab仿真信源熵函数曲线Matlab仿真实验目的1.掌握离散信源熵的原理和计算方法。
2．熟悉matlab软件的基本操作，练习应用matlab软件进行信源熵函数曲线的绘制。
3.理解信源熵的物理意义，并能从信源熵函数曲线图上进行解释其物理意义。
实验原理离散信源相关的基本概念、原理和计算公式产生离散信息的信源称为离散信源。
离散信源只能产生有限种符号。
假定X是一个离散随机变量，即它的取值范围R={x1，x2，x3，…}是有限或可数的。
设第i个变量x i发生的概率为p i=P{X=x i}。
则：定义一个随机事件的自信息量I（x i）为其对应的随机变量x i出现概率对数的负值。
即：I（x i）= -log2p(x i)定义随机事件X的平均不确定度H（X）为离散随机变量x i出现概率的数学期望，即：单位为比特/符号或比特/符号序列。
平均不确定度H（X）的定义公式与热力学中熵的表示形式相同，所以又把平均不确定度H（X）称为信源X的信源熵。
必须注意一下几点：a.某一信源，不管它是否输出符号，只有这些符号具有某些概率特性，必有信源的熵值；这熵值是在总体平均上才有意义，因而是个确定值，一般写成H（X），X是指随机变量的整体（包括概率分布）。
b.信息量则只有当信源输出符号而被接收者收到后，才有意义，这就是给与信息者的信息度量，这值本身也可以是随机量，也可以与接收者的情况有关。
c.熵是在平均意义上来表征信源的总体特征的，信源熵是表征信源的平均不确定度，平均自信息量是消除信源不确定度时所需要的信息的量度，即收到一个信源符号，全部解除了这个符号的不确定度。
或者说获得这么大的信息量后，信源不确定度就被消除了。
信源熵和平均自信息量两者在数值上相等，但含义不同。
当某一符号x i的概率p(x i)为零时，p(x i)log p(x i) 在熵公式中无意义，为此规定这时的p(x i)log p(x i) 也为零。
当信源X中只含有一个符号x时，必有p(x)=1，此时信源熵H（X）为零。
实验一-信息熵与图像熵计算-正确
实验一信息熵与图像熵计算（2 学时）一、实验目的1.复习MATLAB的基本命令，熟悉MATLAB下的基本函数；2.复习信息熵基本定义,能够自学图像熵定义和基本概念。
二、实验内容1.能够写出MATLAB源代码，求信源的信息熵；2.根据图像熵基本知识，综合设计出MATLAB程序，求出给定图像的图像熵。
三、实验仪器、设备1.计算机－系统最低配置256M内存、P4 CPU；2.MATLAB编程软件。
四实验流程图五实验数据及结果分析四、实验原理1.MATLAB中数据类型、矩阵运算、图像文件输入与输出知识复习。
2.利用信息论中信息熵概念，求出任意一个离散信源的熵（平均自信息量）。
自信息是一个随机变量,它是指某一信源发出某一消息所含有的信息量。
所发出的消息不同，它们所含有的信息量也就不同。
任何一个消息的自信息量都代表不了信源所包含的平均自信息量。
不能作为整个信源的信息测度，因此定义自信息量的数学期望为信源的平均自信息量：1( ) 1 ( ) [log ] ( ) log ( ) i n i i p a i H E p a p a X 信息熵的意义：信源的信息熵H是从整个信源的统计特性来考虑的。
它是从平均意义上来表征信源的总体特性的。
对于某特定的信源，其信息熵只有一个。
不同的信源因统计特性不同，其熵也不同。
3.学习图像熵基本概念，能够求出图像一维熵和二维熵。
图像熵是一种特征的统计形式，它反映了图像中平均信息量的多少。
图像的一维熵表示图像中灰度分布的聚集特征所包含的信息量，令Pi表示图像中灰度值为i的像素所占的比例，则定义灰度图像的一元灰度熵为：2550 log i i i p p H图像的一维熵可以表示图像灰度分布的聚集特征，却不能反映图像灰度分布的空间特征，为了表征这种空间特征，可以在一维熵的基础上引入能够反映灰度分布空间特征的特征量来组成图像的二维熵。
选择图像的邻域灰度均值作为灰度2分布的空间特征量，与图像的像素灰度组成特征二元组，记为(i,j)，其中i表示像素的灰度值(0<=i<=255)，j表示邻域灰度(0<=j<=255),2 ( , ) / ij p f i j N上式能反应某像素位置上的灰度值与其周围像素灰度分布的综合特征，其中f(i,j)为特征二元组(i,j)出现的频数，N为图像的尺度，定义离散的图像二维熵为:2550 log ij ij i p p H构造的图像二维熵可以在图像所包含信息量的前提下，突出反映图像中像素位置的灰度信息和像素邻域内灰度分布的综合特征。
实验1-绘制二进熵函数曲线、串联信道容量曲线
信息论与编码实验1 绘制二进熵函数曲线、串联信道容量曲线学院:物理与电子学院班级:电信1105班姓名:学号:*********一、实验内容用Excel 或Matlab 软件制作二进熵函数曲线、串联信道容量曲线。
二、实验目的1. 掌握Excel 的数据填充、公式运算和图表制作2. 掌握Matlab 绘图函数3. 掌握、理解熵函数表达式及其性质三、实验要求1. 提前预习实验，认真阅读实验原理以及相应的参考书。
2. 认真高效的完成实验，实验中服从实验室管理人员以及实验指导老师的管理。
3. 认真填写实验报告。
四、实验原理1. Excel 的图表功能（略）2. 信源熵的概念及性质()()[]()[]())(1)(1 .log )( .)( 1log 1log )(log )()(10 , 110)(21Q H P H Q P H b nX H a p H p p p p x p x p X H p p p x x X P X i i i λλλλ-+≥-+≤=--+-=-=≤≤⎩⎨⎧⎭⎬⎫-===⎥⎦⎤⎢⎣⎡∑3. 串联信道的信道容量（图 1）。
图 1 三个二元对称信道（BSC ）的串联p -1 p -1pp0 1 p -1 p -1 p p 0 1 p -1 p -1 p p 0 1 1 0I II III五、实验步骤：1.信息熵函数H.m文件function y = H(p)y=-(p.*log(p)+(1-p).*log(1-p))./log(2);end2 matlab命令p=0.01:0.01:0.99;y1=H(p);y2=H(2.*p.*(1-p));y3=H(p.^3+3.*p.*(1-p).*(1-p));c1=1-y1;c2=1-y2;c3=1-y3;subplot(3,1,1);plot(p,c1);xlabel('p');ylabel('C1');subplot(3,1,2);plot(p,c2);xlabel('p');ylabel('C2');subplot(3,1,3);plot(p,c3);xlabel('p');ylabel('C3');六、实验心得通过本次信息与编码实验，了解了二进制上函数的曲线以及串联信道容量曲线，使自己对书上知识点的把握更加直观，收获很大，更深刻的了解了曲线产生的原理，比书上了解的更加具体，使自己受益匪浅，增加了学习兴趣。
试绘制单个样本的二分类交叉熵损失函数曲线
试绘制单个样本的二分类交叉熵损失函数曲线
二分类交叉熵损失函数是用于衡量二分类问题中模型预测结果与实际
标签之间的差异的一种常用指标。
它通常用于训练神经网络模型，并
且在深度学习领域得到了广泛应用。
下面我们来绘制单个样本的二分类交叉熵损失函数曲线。
假设我们有
一个样本，其真实标签为1，模型预测输出为y。
首先，我们需要定义二分类交叉熵损失函数的公式：
$$L(y,t) = -t \log(y) - (1-t) \log(1-y)$$
其中，y表示模型预测输出的概率值，t表示真实标签的取值（0或1）。
当t=1时，第一项起作用；当t=0时，第二项起作用。
接下来，我们将该公式代入上述样本中，并固定t=1不变。
假设我们
分别取y从0到1之间的100个值，并计算对应的损失函数值L(y,1)，最终得到100个点。
最后，将这些点依次连接起来就可以得到单个样本的二分类交叉熵损
失函数曲线了。
具体绘制方法可以使用Python中的Matplotlib库或
其他相应工具进行实现。
总之，在深度学习领域中，二分类交叉熵损失函数是一种非常重要的指标之一，它可以帮助我们评估模型在二分类问题中的表现，并指导我们进行模型的优化和改进。
2.2熵函数的性质
2.2 熵函数的性质熵函数•H(P)是概率矢量P 的函数，称为熵函数。
•表示方法：–用H(x)表示随机变量x 的熵；–用H(P)或H(p 1, p 2 , …, p q )表示概率矢量为P = (p 1, p 2, …, p q )的q 个符号信源的熵。
–若当q =2 时，因为p 1+p 2 = 1, 所以将两个符号的熵函数写成H(p 1)或H(p 2)。
•熵函数H(P)是一种特殊函数，具有以下性质。
2、确定性：H(1,0)=H(1,0,0)=H(1,0,0…,0)=0•性质说明：这个信源是一个确知信源，其熵等于零。
3、非负性：H(P) ≥0•说明：–这种非负性合适于离散信源的熵，对连续信源来说这一性质并不存在。
以后可看到在相对熵的概念下，可能出现负值。
非负性体现信息是非负的。
4、扩展性•性质说明：信源的取值数增多时，若这些取值对应的概率很小(接近于零)，则信源的熵不变。
),...,,(),,...,,(lim 212110q q q q p p p H p p p H =−+→εεε),,,(log 211q q qi i i p p p H p p ⋅⋅⋅=−=∑=}log )log()(log {lim 110εεεεε∑−=→−−−−−=q i q q i i p p p p 所以，上式成立),,,,(lim 2110εεε−⋅⋅⋅+→q q p p p H 因为5、可加性()()(/)()()(/)(|)(|)(/)H X Y H X H Y X H X Y H Y H X Y H X Y Z H X Z H Y X Z =+=+=+统计独立信源X 和Y 的联合信源的熵等于信源X 和Y 各自的熵之和。
H(XY) = H(X)+ H(Y)可加性是熵函数的一个重要特性，正因具有可加性，才使熵函数的形式是唯一的。
222()log ()()log (/)log ()()(/)()(/):()()(/)(/)1i j i i j j i ijiji i j i j yp x y q x p x y p y x q x p x y H Y X H X H Y X p xy q x p y x p y x =−−⎡⎤=−+⎢⎥⎣⎦=+==∑∑∑∑∑∑∑利用可加性证明22()()log ()()log [()(/)]i j i j iji j i j i ijH XY p x y p x y p x y q x p y x =−=−∑∑∑∑同理=+H XY Z H X Z H Y XZ(|)(|)(/)复习链式法则()()()|H X Y HX HYX=+()()()()()()121213*********...//.../.../...n n n ni i i H X X X H X H X X H X X X H X X X X H X X X X −−==++++=∑复习熵函数的性质H(p 1,p 2,…, p n )对称性非负性极值性连续性扩展性可加性()()()()()()()()()1222122211111211122112221,,...,,...,,...,,,.,,...,,,..,,,...,||n nn n n n n n m nn i i x m i im i Xm q H q p q p q p H q q q q H p p p H XY H X H Y X p q q q p q p H X q x H q x p Y q p =∈=+=+=+∑∑定理：1. H(X/Y ) ≤H (X )2. H (XY ) ≤H (X )+H (Y )证明：222(/)((/)()log (/)()/)(/)()log ()log ()i j i j ijj ji j i j i j i j j i i p x y p x y p H X Y p x y p x y p y p y H p x X x y =−⎡⎤=−⎢⎥⎣⎦⎡⎤≤−⎢⎥⎣⎦=∑∑∑∑∑∑()()/j H X y H X 与大小比较?\1211/81/825/81/8x y ()()/j H X y H X 与大小比较?定义概率矢量满足仅K-1个分量独立。
一绘制二元熵函数曲线报告
实验一绘制二元熵函数曲线实验报告一、实验目的1.熟悉MATLAB工作环境及工具箱2.理解熵函数表达式及其性质二、实验内容用MATLAB软件编程绘制二元熵函数曲线三、实验过程1.复习二元熵函数，理解二元信源的熵H(w)=-wlogw-(1-w)log(1-w)表达式。
2.熟悉MATLAB软件。
1)MATLAB的操作界面MATLAB操作界面主要分为：任务栏、命令窗、命令历史窗、当前目录浏览器、工作空间浏览器及一个“启动按钮”。
任务栏：位于软件的正上方。
各个菜单分别为：文件、编辑、视窗、调试、桌面、窗体、帮助这几个窗口，点击每个窗口可以选择需要的操作。
命令窗(Command Window)：位于软件操作界面的右侧。
在此窗口里，可以输入各种指令、函数、变量表达式并进行各种操作。
该窗口用于输入命令并显示除图形以外的所有执行结果。
窗口中的“>>”为命令提示符，直接在其后面输入命令并按下回车键后，会出现计算结果在命令后面。
命令历史窗(Command History)：位于软件操作界面的左下方。
这个窗口记录了命令窗口已经运行过的所有命令（指令、函数等），允许用户对这些命令进行选择、复制。
2)MATLAB的函数绘制二维图形最常用的就是plot函数，调用plot函数的三种形式：plot(x)、plot(x,y)、plot(x,y,’r:x’)。
还有就是如何添加横坐标和纵坐标标题的命令语句。
3.实验程序。
w=0.000001:0.0001:0.999999999 %定义w的取值范围y=-w.*log2(w)-(1-w).*log2(1-w) %定义二元熵函数的表达式plot(w,y,'r') %画出二元熵函数的曲线图xlabel('w') %x轴的名称ylabel('H(w)') %y轴的名称grid on %给图形加上网格title('二元熵函数H(w)') %函数曲线的名称运行结果如下：四、实验结果分析从图中可以看出熵函数的一些性质，如果二元信源的输出概率是1或0（即二元信源的输出是确定的），则该信源不提供任何信息。
实验一 绘制二进制熵函数曲线
MATLAB实现
[p,q]=meshgrid(0.000001:0.01:1,0.000001:0.01:1); Hnoise=-p.*log2(p)-(1-p).*log2(1-p); x=(1-p).*q+p.*(1-q); I=-x.*log2(x)-(1-x).*log2(1-x)-Hnoise; mesh(p , q , I) % 噪声熵
二元信源的熵为
H ( p ,1 p ) p log p (1 p ) log(1 p )
Matlab程序
p=0.00001:0.001:0.99999; h=-p.*log2(p)-(1-p).*log2(1-p); plot(p,h); title('二进熵函数曲线'); ylabel('H(p,1-p)')
凸状性 H(p1,p2,…,pk)是上凸函数。
极值性
H ( p 1 , p 2 , ..., p k ) H ( 1 K , ..., 1 K ) lo g K
三、实验内容
用 Matlab 软件绘制二进熵函数曲线。 二元信源
X P(X ) x 1 x 2 , 0 p 1 p 1 p
Matlab程序
p=linspace(eps,1-eps,100); q=linspace(eps,1-eps,100); [P,Q]=meshgrid(p,q); P_Q=P+Q; for n=1:100 for m=1:100 if P_Q(n,m)>=1 Q(n,m)=nan; end end end H=-P.*log2(P)-Q.*log2(Q)-(1-P-Q).*log2(1-P-Q); mesh(P,Q,H) title('三维熵函数的图形')
验证最大离散熵定理 使用matlab 绘制二进制信源的熵随概率变化的曲线
验证最大离散熵定理使用matlab 绘制二进制信源的熵随概率变化的曲线摘要：1.引言2.最大离散熵定理的定义和意义3.二进制信源的熵随概率变化的曲线4.使用Matlab 验证最大离散熵定理5.结论正文：1.引言在信息论中，熵是一个重要的概念，用于度量信息的不确定性或混乱程度。
离散信源的熵是描述其信息产生不确定性的一个指标，而最大离散熵定理则是指离散信源的熵在某种情况下可以达到的最大值。
本文将通过使用Matlab 绘制二进制信源的熵随概率变化的曲线，来验证最大离散熵定理。
2.最大离散熵定理的定义和意义最大离散熵定理是指对于一个有m 个符号的离散信源，其熵H(X) 可以达到的最大值为log2m，当且仅当每个符号出现的概率相等，即P(x)=1/m （x∈X）。
这意味着，当信源的不确定性最大时，信源的熵也达到最大。
3.二进制信源的熵随概率变化的曲线二进制信源是指只有两个符号的信源，例如硬币抛掷。
我们可以通过Matlab 绘制熵随概率变化的曲线，来直观地验证最大离散熵定理。
首先，我们可以定义一个二进制信源，其中每个符号的概率为p 和1-p。
然后，我们可以使用Matlab 的plot 函数绘制熵随概率变化的曲线。
具体地，我们可以将熵的计算公式H(X)=-p*log2p-(1-p)*log2(1-p) 作为plot 的函数，将p 作为x 轴的取值范围，将熵作为y 轴的取值范围。
4.使用Matlab 验证最大离散熵定理通过Matlab 绘制的熵随概率变化的曲线，我们可以看到当p=1/2 时，熵达到最大值，即H(X)=1。
这验证了最大离散熵定理的正确性。
5.结论通过使用Matlab 绘制二进制信源的熵随概率变化的曲线，我们验证了最大离散熵定理的正确性。
信息理论编码之实验一 绘制二进制熵函数曲线
强可加性
H ( p1q11 ,..., p1q1 j ,..., pk qk1 ,..., pk qkj ) H ( p1 , p2 ,..., pk ) pk H (qk1 , qk 2 ,..., qkj )
k, j
Matlab程序
arr = linspace(0.001, 0.999, 100); Z = zeros(length(arr), length(arr)); for i = 1:length(arr) for j = 1:length(arr) Z(i,j) = InterInfor(arr(i), arr(j), 1 - arr(j)); end end mesh(arr, arr, Z); xlabel('P(Y|X)') ylabel('P(X)') zlabel('I(X;Y)') title('平均互信息量的函数图形')
熵的表示
1 H ( X ) H ( p1 , p2 ,..., pk ) pk I ( xk ) pk log pk k 1 k 1
K
K
注意的问题
熵是自信息量的统计平均，因此单位与自信息量的单
位相同，与熵公式中所用对数的底有关： bit/符号、nat/符号、dit/符号、r进制单位/符号。
实验一 绘制二进制熵函数曲线
一、实验目的
熟悉工作环境及工具箱 掌握绘图函数的运用 理解熵函数表达式及其性质
二、实验原理
熵
自信息量是针对信源的单个符号而言的，而符号是随
机发生的，因此单个符号的不确定性不足于代表信源 的不确定性性质，为此，可对所有符号的自信息量进
实验一 绘制二进熵函数曲线
H ( X ) p( xi ) log p( xi ) p log p 1 p log 1 p H( p ) 信源熵的基本性质： 1.非负性 H( X ) 0 2.对称性 p( xi )的顺序任意互换时，熵的值不变 3.最大离散熵定理 信源X中包含n个不同离散信息时，信源熵 a . H ( X ) log 2 n 当且仅当X中各个消息出现的概率全相等时，上式取等号。 b. H P 1 Q H ( P ) 1 H ( Q )
i
四、实验内容：
用 Excel 或 Matlab 软件制作二进熵函数曲线。 方法一 用 Excel 软件制作。 具体步骤如下： 1、启动 Excel 应用程序。 2、 准备一组数据 p。 在 Excel 的一个工作表的 A 列 （或其它列） 输入一组 p，
未信的我
取步长为 0.01，从 0 至 1. 产生 101 个 p （利用 Excel 填充功能） 。 若无法直接填充出 0~1 的 101 个数字， 可以先填充出 1~100，然后在旁边 B 列使用公式“=A1/100” ，再进行填充。 3、取定对数底 c，在 B 列计算 H(x) ,注意对 p=0 与 p=1 两处，在 B 列对应 位置直接输入 0。Excel 中提供了三种对数函数 LN(x),LOG10(x)和 LOG(x,c)，其 中 LN(x)是求自然对数，LOG10(x)是求以 10 为底的对数，LOG(x,c)表示求对数。 选用 c=2,则应用函数 LOG(x,2)。 在单元格 C2 中输入公式：=-B2*LOG(B2,2)-(1-B2)*LOG(1-B2,2) 双击 B2 的填充柄，即可完成 H(p)的计算。 4、使用 Excel 的图表向导，图表类型选“XY 散点图” ，子图表类型选“无 数据点平滑散点图” ， 数 据 区 域 用 计 算 出 的 H(p) 数 据 所 在 列 范 围 ， 即 $C$1:$C$101。在“系列”中输入 X 值(即 p 值)范围，即$B$1:$B$101。在 X 轴 输入标题“概率” ，在 Y 轴输入标题“信源熵” 。
信息论与编码实习
信息理论与编码实习一．实验项目及学时分配请在下面的5个项目中任选3个完成。
二．每项实验的内容和要求实验一、绘制二进制熵函数曲线一、内容用Matlab软件制作二进制熵函数曲线。
二、要求1.掌握Matlab绘图函数2.掌握、理解熵函数表达式及其性质实验二、一般信道容量迭代算法一、内容编程实现一般信道容量迭代算法。
伪代码见教材。
二、要求1.掌握一般信道容量迭代算法的原理2.掌握MA TLAB开发环境的使用（尤其是程序调试技巧），或者使用C语言完成程序设计实验三、Huffman编码对英文文本的压缩和解压缩一、内容根据信源压缩编码——Huffman编码的原理，编制对英文文本进行压缩和解压缩的程序。
要求能够对运行的状态生成报告，分别是：字符频率统计报告、编码报告、压缩程度信息报告、码表存储空间报告。
二、要求1.掌握Huffman编码的原理2.掌握matlab开发环境的使用（尤其是程序调试技巧），或者使用C语言完成程序设计3.掌握matlab语言编程（尤其是位运算操作），掌握C语言编程实验四、线性分组码的信道编码和译码一、内容编程实现线性分组码（6,2）重复码的信道编码和译码。
二、要求1.掌握线性分组码的编码和译码原理以及纠错原理2.掌握matlab开发环境的使用（尤其是程序调试技巧）3.掌握matlab语言编程（尤其是位运算的操作）实验五、算术编码对英文文本的压缩和解压缩一、内容根据信源压缩编码——算术编码的原理，编制对英文文本进行压缩和解压缩的程序。
要求能够对运行的状态生成报告，分别是：字符频率统计报告、编码报告、压缩程度信息报告、码表存储空间报告。
二、要求1．掌握算术编码的原理2．掌握matlab开发环境的使用（尤其是程序调试技巧），或者使用C语言完成程序设计3．掌握matlab语言编程（尤其是位运算操作），掌握C语言编程***************************************附：实验三和实验五所用到的英文文本如下：How smart is a fish?Dogs are easy. You talk, they respond -- smart! Fish, not so easy. It’s not like we get the frequent opportunity to really interact with them -- and for anyone who’s seen a goldfish repetitively doing the rounds in its bowl, it’s easy to buy into the old adage that fish have only a three-second memory.Research may suggest the possibility that a fish circles its bowl because it really is just impossibly bored, not because it doesn’t remember that it just did it again and again and again. What does Dr. Kevin Warburton, adjunct researcher with Charles Sturt University’s Institute for Land, Water and Society, have to say about the three-second memory of a fish? “Rubbish!”Warburton, who has been studying fish behavior for years says, “There’s been a lot of work done over the last 15 years on learning and memory in fish and it as been found that fish are quite sophisticated. Fish can remember prey typesfor months; they can learn to avoid predators after being attacked once and they retain this memory for several months; and carp that have been caught by fishers avoid hooks for at least a year. That fish have only a three-second memory is just rubbish.”Some of Dr. Warburton’s experiments have been on how fish learn to handle different types of prey. “What came out, unexpectedly, was that while they were learning about their prey, their foraging efficiency went down,” he said. “With one type of prey, the fish got more and more efficient at catching their food, but when we put two different types of prey in together, their overall efficiency dropped. We think it was because of they suffered from divided attention. It’s a cost of learning.” Did you hear that? Learning.Another example of fish memory was that some fish avoid predators after being attacked once, a memory which can be retained for several months, not just three seconds. Warburton said fish also exhibit behaviours that we tend to think as human.“Some behavioral traits that we think are very human, such as deception, fish have as well,” said Warburton. “Fish can recognize other individuals and modify their own behavior after observing interactions between other individuals. For example, Siamese fighting fish will attack other members of the same species more aggressively if they’ve seen them lose contests with other fighters.”Dr. Warburton said that fish also check out suspected predators to gauge the level of potential threat. “For added safety, they often do this as cooperating pairs, with the two fish taking the lead alternately,” he said. “They will approach predators most closely when they have cooperated in previous inspections.”In reef environments, “cleaner” fish remove and eat parasites from larger “client” fish. “But what’s fascinating is that they cooperate more with clients when they are being observed by other pote ntial clients,” said Dr. Warburton. “This improves their “image” and their chances of attracting clients. Some cleaners cooperate with small clients to raise their image so as to deceive larger clients, which they then cheat on by biting them rather than removing their parasites!” Pretty industrious.So next time someone tells you you have the memory of a goldfish? You be sure to remember to tell them about this research.。
信息论实验报告实验1
信息论实验报告一实验一1、实验内容（1）英文信源由26个英文字母和1个空格组成，假定字符从中等概选取，那么一条100个字符的信息提供的信息量为多少？（2）若将27个字符分为三类，9个出现概率占2/7,13个出现概率占4/7，5个出现占1/7，而每类中符号出现等概，求该字符信源的信息熵。
2、设计思路及步骤I=log2P iH(X)=∑−P i log2Pii26个字母和一个空格，因等概选取可以先求得其中一个字符的信息量，通过扩展实现计算100个字符的信息量。
对于第二问，可以将字符分为三组，又因每组字符的概率相等，因此可以求出每组每一个字符的概率。
通过信息熵的定义可以求出结果。
3、程序代码及调试过程4、出现的问题及解决方法（1）没有看清题目要求，漏掉空格（2）是否可以将三组字符看作整体5、结果及说明通过实验结果可以看出100个字符的信息量，以及字符信源熵。
比较H2与H3可以看出，并不可以简单的将三组数据看作整体。
6、实验总结本实验通过计算多字符的信息量与分组信息熵，让我们加深了信息论中有关信息量与信息熵的概念与定义，同时也让我们熟悉了matlab的基本操作。
实验二1、实验内容绘制二进制信源熵函数曲线。
2、设计思路及步骤根据信源熵的定义以及公式计算出熵，通过matlab的矩阵运算计算出熵数组，然后通过plot函数画出图像。
3、程序代码及调试过程4、出现的问题及解决方法矩阵乘法出错，，需要使用matlab中的点乘5、结果及说明信源熵的图像为凸形曲线，熵在信源等概分布时取最大值，先增大再减小。
6、实验总结本实验通过对信源熵的作图让我们熟悉了matlab中图像生成函数，以及矩阵运算。
实验三，四1、实验内容求信源的熵和其二次、三次扩展信源的熵。
离散二维平稳信源的概率空间：求：(a)信源符号之间无依赖性时，信源X的信息熵H(X)；(b)信源符号有依赖性时的条件熵H(X2｜X1)；(c)联合熵H(X1X2)；(d)根据以上三者之间的关系，验证结果的正确性。
绘制二元熵函数曲线
课程设计任务书2011—2012学年第一学期专业：通信工程学号：100310012 姓名：蒲佳佳课程设计名称：信息论与编码课程设计设计题目：绘制二元熵函数曲线一．设计目的1．巩固所学的理论知识。
2．提高综合运用所学理论知识独立分析和解决问题的能力。
3．更好地将理论与实践相结合。
4．掌握、理解熵函数表达式及其性质。
5．熟练使用MATLAB语言进行编程实现。
二．设计内容1．在理解熵函数的定义基础上，准备一组数据，计算H(p)。
2．绘制与分析曲线图。
三．设计要求1．认真查阅相应资料掌握Matlab绘图方法。
2．查阅资料，理解实验原理。
3．认真编写课程设计四．设计条件计算机、MATLAB语言环境五、参考资料[1]邓家先信息论与编码课程教学改革撂讨 [期刊论文] -电气电子教学学报2007(02)[2]李正权.潘立兵.李琳《信息论与编码》研究性教学初步探讨2008(04)指导教师（签字）：教研室主任（签字）：批准日期：年月日摘要这次课程设计介绍了基于MATLAB的对熵函数的绘制设计，并使之实现的过程。
理解与掌握课程中的基本概念、基本原理、基本分析方法，利用Matlab 软件绘制。
自信息量是针对信源的单个符号而言的，而符号是随机发生的，因此单个符号的不确定性不足于代表信源的不确定性性质，为此，可对所有符号的自信息量进行统计平均，从而得到平均不确定性。
此外，熵是自信息量的统计平均，因此单位与自信息量的单位相同，与熵公式中所用对数的底有关： bit/符号、nat/符号、dit/符号、r进制单位/符号本课程设计介绍了在MATLAB环境中如何采集语音信号和语音信号采集后的文档处理方法绘制函数，利用MATLAB的语言进行编写，并通过实例分析了二元熵函数曲线。
关键词：MATLAB；二元熵函数曲线目录1课程描述 (1)2设计原理 (1)3设计过程 (2)3.1软件介绍 (2)3.2设计内容 (3)3.3设计步骤 (4)总结 (5)参考文献 (6)1课程描述自信息量是针对信源的单个符号而言的，而符号是随机发生的，因此单个符号的不确定性不足于代表信源的不确定性性质，为此，可对所有符号的自信息量进行统计平均，从而得到平均不确定性。
2.2熵函数的性质、随机变量序列的熵率
H(XY) = H(X)+ H(Y)
可加性是熵函数的一个重要特性，正因具 有可加性，才使熵函数的形式是唯一的。
例如，甲信源为
pX (x)1a /1n
a2 1/n
... an ...1/n
乙信源为
pY (y)1b /1 m1b /2 m......1b /m m
而 H(X2 X1)H(X2) H ( X )
H (X L|X L 1 X 1 ) H (X L ) H ( X ) 所以 HL(X)L 1H(XL)H(X) 信源无记忆时
H (X L |X L 1 X 1 ) H (X L ) H (X ) HL(X)H(X)
离散有记忆信源的极限熵
若信源输出一个L长序列，则信源的序列熵为
信源熵的相对率为信源实际的信息熵与同样符号数的最大熵的比值相对率冗余度一个汉字的熵为965bit一个英文字母的熵为412bit汉字的极限熵平均为40462bit英文按单词均值45个字母计算平均每个字母的熵是165bit在非扩展无记忆信源中码字的平均长度不能小于信源的熵
2.2熵函数的性质、随机变量序列的熵率
H(X /Y)
p(xi yj ) log2 p(xi / yj )
ij
j
p(
y
j
)
i
p(xi / yj ) log2 p(xi / yj )
j
p(
y
j
)
i
p(xi / yj )log2 p(xi )
H(X)
H X /y j与 H X 大 小 比 较 ?
H X /y j与 H X 大 小 比 较 ?
p(ai,aj) a0 a1 a2
信息论与编码实验报告教材
实验一 绘制二进熵函数曲线（2个学时）一、实验目的：1. 掌握Excel 的数据填充、公式运算和图表制作2. 掌握Matlab 绘图函数3. 掌握、理解熵函数表达式及其性质二、实验要求：1. 提前预习实验，认真阅读实验原理以及相应的参考书。
2. 在实验报告中给出二进制熵函数曲线图三、实验原理：1. Excel 的图表功能2. 信源熵的概念及性质()()[]()[]())(1)(1 .log )( .)( 1log 1log )(log )()(10 , 110)(21Q H P H Q P H b nX H a p H p p p p x p x p X H p p p x x X P X i i i λλλλ-+≥-+≤=--+-=-=≤≤⎩⎨⎧⎭⎬⎫-===⎥⎦⎤⎢⎣⎡∑单位为 比特/符号 或 比特/符号序列。
当某一符号xi 的概率p(xi)为零时，p(xi)log p(xi) 在熵公式中无意义，为此规定这时的 p(xi)log p(xi) 也为零。
当信源X 中只含有一个符号x 时，必有p(x)=1，此时信源熵H （X ）为零。
四、实验内容：用Excel 和Matlab 软件制作二进熵函数曲线。
根据曲线说明信源熵的物理意义。
（一） Excel具体步骤如下：1、启动Excel 应用程序。
2、准备一组数据p 。
在Excel 的一个工作表的A 列（或其它列）输入一组p ，取步长为0.01，从0至100产生101个p （利用Excel 填充功能）。
3、取定对数底c，在B列计算H(x) ,注意对p=0与p=1两处，在B列对应位置直接输入0。
Excel中提供了三种对数函数LN(x),LOG10(x)和LOG(x,c)，其中LN(x)是求自然对数，LOG10(x)是求以10为底的对数，LOG(x,c)表示求对数。
选用c=2,则应用函数LOG(x,2)。
在单元格B2中输入公式：=-A2*LOG(A2,2)-(1-A2)*LOG(1-A2,2)双击B2的填充柄，即可完成H(p)的计算。
信息论与编码实验报告
信息论与编码实验报告,信息论与编码实验报告，姓名:xxxxx学号: xxxxxxxx专业:电子信息工程班级:电子信息xxxx班指导老师: xx实验一关于信源熵的实验一、实验目的1. 掌握离散信源熵的原理和计算方法。
2. 熟悉matlab 软件的基本操作，练习使用matlab 求解信源的信息熵。
3. 自学图像熵的相关概念，并应用所学知识，使用matlab 或其他开发工具求解图像熵。
4. 掌握Excel的绘图功能，使用Excel绘制散点图、直方图。
二、实验原理1. 离散信源相关的基本概念、原理和计算公式产生离散信息的信源称为离散信源。
离散信源只能产生有限种符号。
随机事件的自信息量I(xi)为其对应的随机变量xi 出现概率对数的负值。
即: I (xi )= -log2p ( xi)随机事件X 的平均不确定度(信源熵)H(X)为离散随机变量 xi 出现概率的数学期望，即:2.二元信源的信息熵设信源符号集X={0，1} ，每个符号发生的概率分别为p(0)= p，p(1)= q，p+ q =1，即信源的概率空间为 :则该二元信源的信源熵为:H( X) = - plogp–qlogq = - plogp –(1 - p)log(1- p) 即:H (p) = - plogp –(1 - p)log(1- p) 其中 0 ? p ?13. MATLAB二维绘图用matlab 中的命令plot( x , y) 就可以自动绘制出二维图来。
例1-2，在matlab 上绘制余弦曲线图，y = cos x ，其中 0 ? x ? 2>>x =0:0.1:2*pi; %生成横坐标向量，使其为 0，0.1，0.2，…，6.2>>y =cos(x ); %计算余弦向量>>plot(x ,y ) %绘制图形4. MATLAB求解离散信源熵求解信息熵过程:1) 输入一个离散信源，并检查该信源是否是完备集。
绘制二进制熵函数曲线心得
绘制二进制熵函数曲线心得篇一《二进制熵函数曲线初印象》嘿，说起绘制二进制熵函数曲线，那可真是一段有趣又让人有点犯迷糊的小经历。
记得那天，我坐在书桌前，阳光透过窗户洒在本子上，一副准备大干一场的架势。
我先把相关的资料和工具都摆得整整齐齐，就像士兵排列方阵一样。
我盯着那复杂的公式，心里直犯嘀咕：这二进制熵函数到底是个啥玩意儿？看着那些字母和数字组合在一起，就像看天书似的。
不过不服输的我，还是硬着头皮开始琢磨起来。
我拿起笔，小心翼翼地在纸上试着推导公式。
刚开始，那真是状况百出啊，一会儿把这个变量算错，一会儿又把那个符号看反了。
我感觉自己就像在迷宫里迷路的小老鼠，东撞西撞找不到出口。
但咱不能轻易放弃啊，我深吸一口气，重新开始。
一点点地捋顺思路，仔细核对每一个步骤。
终于，在经过无数次的涂改和验算后，我算出了一些关键的数据点。
接下来就是绘制曲线了。
我拿出尺子，画好坐标轴，标上刻度。
然后，一个点一个点地把刚才算出来的数据小心翼翼地标在坐标纸上。
看着那些孤立的点，我心想：这还不简单，把它们连起来不就成曲线了吗。
可真正动起笔来才发现，这曲线怎么连都觉得有点不对劲，要么歪歪扭扭像喝醉了酒的毛毛虫，要么就是生硬得像折断的树枝。
我挠挠头，又开始检查数据，看看是不是哪里又出了岔子。
经过一番折腾，终于画出了一条看起来还说得过去的曲线。
看着眼前这条来之不易的二进制熵函数曲线，心里那股成就感就别提了。
就好像自己亲手打造了一件宝贝，虽然过程有点狼狈，但是结果还是挺让人开心的。
通过这次绘制，我对二进制熵函数也有了更深刻的认识，以后再遇到它，估计就不会像刚开始那么懵圈啦。
篇二《绘制过程中的小插曲和收获》绘制二进制熵函数曲线这事儿，可不像我一开始想得那么简单。
后来我发现，这中间还藏着不少有意思的小插曲呢。
有一次，我正全身心地投入到计算数据当中，突然觉得思路有点卡壳了。
我就决定先休息一会儿，喝口水清醒清醒。
可这一喝水啊，就出事儿了。
我端起杯子，心不在焉地往嘴边送，结果没注意，一大口水直接喷到了刚刚算好的那页纸上。
一绘制二元熵函数曲线报告
实验一绘制二元熵函数曲线实验报告一、实验目的1.熟悉MATLAB工作环境及工具箱2.理解熵函数表达式及其性质二、实验内容用MATLAB软件编程绘制二元熵函数曲线三、实验过程1.复习二元熵函数，理解二元信源的熵H(w)=-wlogw-(1-w)log(1-w)表达式。
2.熟悉MATLAB软件。
1)MATLAB的操作界面MATLAB操作界面主要分为：任务栏、命令窗、命令历史窗、当前目录浏览器、工作空间浏览器及一个“启动按钮”。
任务栏：位于软件的正上方。
各个菜单分别为：文件、编辑、视窗、调试、桌面、窗体、帮助这几个窗口，点击每个窗口可以选择需要的操作。
命令窗(Command Window)：位于软件操作界面的右侧。
在此窗口里，可以输入各种指令、函数、变量表达式并进行各种操作。
该窗口用于输入命令并显示除图形以外的所有执行结果。
窗口中的“>>”为命令提示符，直接在其后面输入命令并按下回车键后，会出现计算结果在命令后面。
命令历史窗(Command History)：位于软件操作界面的左下方。
这个窗口记录了命令窗口已经运行过的所有命令（指令、函数等），允许用户对这些命令进行选择、复制。
2)MATLAB的函数绘制二维图形最常用的就是plot函数，调用plot函数的三种形式：plot(x)、plot(x,y)、plot(x,y,’r:x’)。
还有就是如何添加横坐标和纵坐标标题的命令语句。
3.实验程序。
w=0.000001:0.0001:0.999999999 %定义w的取值范围y=-w.*log2(w)-(1-w).*log2(1-w) %定义二元熵函数的表达式plot(w,y,'r') %画出二元熵函数的曲线图xlabel('w') %x轴的名称ylabel('H(w)') %y轴的名称grid on %给图形加上网格title('二元熵函数H(w)') %函数曲线的名称运行结果如下：四、实验结果分析从图中可以看出熵函数的一些性质，如果二元信源的输出概率是1或0（即二元信源的输出是确定的），则该信源不提供任何信息。
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H ( p1, p2 ,1 p1 p2 ) p1 log p1 p2 log p2 (1 p1 p2 )log(1 p1 p2 )
MATLAB函数说明
eps：极小值，避免0概率事件 meshgrid：语法[X,Y] = meshgrid(x,y) 将矢量x
% p为DMS的概率分布，行向量
例1 满足完备性
p=[0.1 0.2 0.3 0.4] h=entropy(p) 运行结果
例2 不满足完备性
p=[0.2 0.19 0.18 0.17 0.16 0.17]
h=entropy(p) 运行结果
绘制二进制对称信道平均互信息量（BSC）
行统计平均，从而得到平均不确定性。
熵的表示
1 H ( X ) H ( p1 , p2 ,..., pk ) pk I ( xk ) pk log pk k 1 k 1
K
K
注意的问题
熵是自信息量的统计平均，因此单位与自信息量的单
位相同，与熵公式中所用对数的底有关： bit/符号、nat/符号、dit/符号、r进制单位/符号。
从图上可以看出：信道给定的条件下，平均互信息随
信源分布呈现上凸性，具有最大值。而在信源给定的 条件下，平均互信息随信道转移概率呈现下凸性，具 有最小值。
四、实验报告要求
简述实验目的；
简述实验原理；
分别绘制二元信源和三元信源的熵。 通过图形分析他们的特点。
特殊公式
某个pk=0时，0log0=0 ( lim x概率事件。
离散熵的性质
可加性
H ( p1q1,..., p1q j ,..., pk q1,..., pk q j ) H ( p1, p2 ,..., pk ) H (q1, q2 ,..., qk )
互信息量
从观察输出结果中得到有关输入符号的信息。
平均互信息量
是统计平均意义下的先验不确定性和后验不确定性之 差，也是互信息量的统计平均。
信道平均互信息量
平均互信息量是非负； 平均互信息量是有界的； 平均互信息量的凸状性。
绘制二进制对称信道平均互信息量（BSC）
平均互信息量表达式
I ( X ; Y ) H (Y ) H (Y | X ) H ( pq pq ,1 pq pq ) H ( p, p)
MATLAB实现
[p,q]=meshgrid(0.000001:0.01:1,0.000001:0.01:1); Hnoise=-p.*log2(p)-(1-p).*log2(1-p); x=(1-p).*q+p.*(1-q); I=-x.*log2(x)-(1-x).*log2(1-x)-Hnoise; mesh(p , q , I) % 噪声熵
非负性
H ( p1, p2,..., pk ) H ( p) 0
凸状性
H(p1,p2,…,pk)是上凸函数。
极值性
1 1 H ( p1 , p2 ,..., pk ) H ( ,..., ) log K K K
三、实验内容
用 Matlab 软件绘制二进熵函数曲线。
和y规定的区域变换为数组X和Y，X和Y可用 于计算自变量函数或绘制3维网格/表面。X的 各行均为矢量x；Y的各列均为矢量y。
nan：无效值 mesh：绘制网格曲面
Matlab程序
p=linspace(eps,1-eps,100); q=linspace(eps,1-eps,100); [P,Q]=meshgrid(p,q); P_Q=P+Q; for n=1:100 for m=1:100 if P_Q(n,m)>=1 Q(n,m)=nan; end end end H=-P.*log2(P)-Q.*log2(Q)-(1-P-Q).*log2(1-P-Q); mesh(P,Q,H) title('三维熵函数的图形')
二元信源
X x1 x2 P( X ) p1 p ,0 p 1
二元信源的熵为
H ( p,1 p) p log p (1 p)log(1 p)
Matlab程序
p=0.00001:0.001:0.99999; h=-p.*log2(p)-(1-p).*log2(1-p); plot(p,h); title('二进熵函数曲线'); ylabel('H(p,1-p)')
绘制三元信源的熵
三元信源
X x1x2 x3 P p p 1 p p x 1 2 1 2
实验一 绘制二进制熵函数曲线
一、实验目的
熟悉工作环境 掌握绘图函数的运用
理解熵函数表达式及其性质
掌握利用MATLAB对信源熵的求解
理解信道平均互信息的性质
二、实验原理
熵
自信息量是针对信源的单个符号而言的，而符号是随
机发生的，因此单个符号的不确定性不足于代表信源 的不确定性性质，为此，可对所有符号的自信息量进
熵函数是非负函数、上凸函数，并且等概率时达到最大值。
计算任意多个符号信源的熵
MATLAB函数说明
sum(A)：求数组A的元素之和
length(X)：求矢量X的长度 log2(X)：计算以2为底X的对数 error：显示错误信息
定义函数
function H=entropy(p) % 该函数用来计算包含任意多个符号的信源熵