信息論復習基礎知識點

1、平均自信息為表示信源的平均不確定度，也表示平均每個信源消息所提供的信息量。平均互信息表示從Y獲得的關于每個X的平均信息量，也表示發(fā)X前后Y的平均不確定性減少的量，還表示通信前后整個系統(tǒng)不確定性減少的量。2、最大離散熵定理為：離散無記憶信源，等概率分布時熵最大。3、最大熵值為。4、通信系統(tǒng)模型如下：

5、香農公式為為保證足夠大的信道容量，可采用（1）用頻帶換信噪比；（2）用信噪比換頻帶。6、只要，當N足夠長時，一定存在一種無失真編碼。7、當R＜C時，只要碼長足夠長，一定能找到一種編碼方法和譯碼規(guī)則，使譯碼錯誤概率無窮小。8、在認識論層次上研究信息的時候，必須同時考慮到形式、含義和效用三個方面的因素。9、1948年，美國數(shù)學家香農發(fā)表了題為“通信的數(shù)學理論”的長篇論文，從而創(chuàng)立了信息論。按照信息的性質，可以把信息分成語法信息、語義信息和語用信息。按照信息的地位，可以把信息分成客觀信息和主觀信息。人們研究信息論的目的是為了高效、可靠、安全地交換和利用各種各樣的信息。信息的可度量性是建立信息論的基礎。統(tǒng)計度量是信息度量最常用的方法。熵是香農信息論最基本最重要的概念。事物的不確定度是用時間統(tǒng)計發(fā)生概率的對數(shù)來描述的。10、單符號離散信源一般用隨機變量描述，而多符號離散信源一般用隨機矢量描述。11、一個隨機事件發(fā)生某一結果后所帶來的信息量稱為自信息量，定義為其發(fā)生概率對數(shù)的負值。12、自信息量的單位一般有比特、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∞。15、兩個相互獨立的隨機變量的聯(lián)合自信息量等于兩個自信息量之和。16、數(shù)據(jù)處理定理：當消息經(jīng)過多級處理后，隨著處理器數(shù)目的增多，輸入消息與輸出消息之間的平均互信息量趨于變小。17、離散平穩(wěn)無記憶信源X的N次擴展信源的熵等于離散信源X的熵的N倍。18、離散平穩(wěn)有記憶信源的極限熵，。19、對于n元m階馬爾可夫信源，其狀態(tài)空間共有nm個不同的狀態(tài)。20、一維連續(xù)隨即變量X在[a，b]區(qū)間內均勻分布時，其信源熵為log2（b-a）。21、平均功率為P的高斯分布的連續(xù)信源，其信源熵，Hc（X）=。22、對于限峰值功率的N維連續(xù)信源，當概率密度均勻分布時連續(xù)信源熵具有最大值。23、對于限平均功率的一維連續(xù)信源，當概率密度高斯分布時，信源熵有最大值。24、對于均值為0，平均功率受限的連續(xù)信源，信源的冗余度決定于平均功率的限定值P和信源的熵功率之比。25、若一離散無記憶信源的信源熵H（X）等于2.5，對信源進行等長的無失真二進制編碼，則編碼長度至少為3。26、m元長度為ki，i=1，2，···n的異前置碼存在的充要條件是：。27、若把擲骰子的結果作為一離散信源，則其信源熵為log26。28、同時擲兩個正常的骰子，各面呈現(xiàn)的概率都為1/6，則“3和5同時出現(xiàn)”這件事的自信息量是log218（1+2log23）。29、若一維隨即變量X的取值區(qū)間是[0，∞]，其概率密度函數(shù)為，其中：，m是X的數(shù)學期望，則X的信源熵。30、一副充分洗亂的撲克牌（52張），從中任意抽取1張，然后放回，若把這一過程看作離散無記憶信源，則其信源熵為。31、根據(jù)輸入輸出信號的特點，可將信道分成離散信道、連續(xù)信道、半離散或半連續(xù)信道。32、信道的輸出僅與信道當前輸入有關，而與過去輸入無關的信道稱為無記憶信道。33、具有一一對應關系的無噪信道的信道容量C=log2n。34、強對稱信道的信道容量C=log2n-Hni。35、對稱信道的信道容量C=log2m-Hmi。36、對于離散無記憶信道和信源的N次擴展，其信道容量CN=NC。37、對于N個對立并聯(lián)信道，其信道容量CN=。38、多用戶信道的信道容量用多維空間的一個區(qū)域的界限來表示。39、多用戶信道可以分成幾種最基本的類型：多址接入信道、廣播信道和相關信源信道。40、廣播信道是只有一個輸入端和多個輸出端的信道。41、當信道的噪聲對輸入的干擾作用表現(xiàn)為噪聲和輸入的線性疊加時，此信道稱為加性連續(xù)信道。42、高斯加性信道的信道容量C=。43、信道編碼定理是一個理想編碼的存在性定理，即：信道無失真?zhèn)鬟f信息的條件是信息率小于信道容量。44、信道矩陣代表的信道的信道容量C=1。45、信道矩陣代表的信道的信道容量C=1。46、高斯加性噪聲信道中，信道帶寬3kHz，信噪比為7，則該信道的最大信息傳輸速率Ct=9kHz。47、對于具有歸并性能的無燥信道，達到信道容量的條件是p（yj）=1/m）。48、信道矩陣代表的信道，若每分鐘可以傳遞6*105個符號，則該信道的最大信息傳輸速率Ct=10kHz。49、信息率失真理論是量化、數(shù)模轉換、頻帶壓縮和數(shù)據(jù)壓縮的理論基礎。50、求解率失真函數(shù)的問題，即：在給定失真度的情況下，求信息率的極小值。51、信源的消息通過信道傳輸后的誤差或失真越大，信宿收到消息后對信源存在的不確定性就越大，獲得的信息量就越小。52、信源的消息通過信道傳輸后的誤差或失真越大道傳輸消息所需的信息率也越小。53、單符號的失真度或失真函數(shù)d（xi，yj）表示信源發(fā)出一個符號xi，信宿再現(xiàn)yj所引起的誤差或失真。54、漢明失真函數(shù)d（xi，yj）=。55、平方誤差失真函數(shù)d（xi，yj）=（yj-xi）2。56、平均失真度定義為失真函數(shù)的數(shù)學期望，即d（xi，yj）在X和Y的聯(lián)合概率空間P（XY）中的統(tǒng)計平均值。57、如果信源和失真度一定，則平均失真度是信道統(tǒng)計特性的函數(shù)。58、如果規(guī)定平均失真度不能超過某一限定的值D，即：。我們把稱為保真度準則。59、離散無記憶N次擴展信源通過離散無記憶N次擴展信道的平均失真度是單符號信源通過單符號信道的平均失真度的N倍。60、試驗信道的集合用PD來表示，則PD=。61、信息率失真函數(shù)，簡稱為率失真函數(shù)，即：試驗信道中的平均互信息量的最小值。62、平均失真度的下限取0的條件是失真矩陣的每一行至少有一個零元素。63、平均失真度的上限Dmax取{Dj：j=1，2，···，m}中的最小值。64、率失真函數(shù)對允許的平均失真度是單調遞減和連續(xù)的。65、對于離散無記憶信源的率失真函數(shù)的最大值是log2n。66、當失真度大于平均失真度的上限時Dmax時，率失真函數(shù)R（D）=0。67、連續(xù)信源X的率失真函數(shù)R（D）=。68、當時，高斯信源在均方差失真度下的信息率失真函數(shù)為。69、保真度準則下的信源編碼定理的條件是信源的信息率R大于率失真函數(shù)R（D）。70、某二元信源其失真矩陣D=，則該信源的Dmax=a/2。71、某二元信源其失真矩陣D=，則該信源的Dmin=0。72、某二元信源其失真矩陣D=，則該信源的R（D）=1-H（D/a）。73、按照不同的編碼目的，編碼可以分為三類：分別是信源編碼、信道編碼和安全編碼。74、信源編碼的目的是：提高通信的有效性。75、一般情況下，信源編碼可以分為離散信源編碼、連續(xù)信源編碼和相關信源編碼。76、連續(xù)信源或模擬信號的信源編碼的理論基礎是限失真信源編碼定理。77、在香農編碼中，第i個碼字的長度ki和p（xi）之間有關系。78、對信源進行二進制費諾編碼，其編碼效率為1。79、對具有8個消息的單符號離散無記憶信源進行4進制哈夫曼編碼時，為使平均碼長最短，應增加2個概率為0的消息。80、對于香農編碼、費諾編碼和哈夫曼編碼，編碼方法惟一的是香農編碼。81、對于二元序列0011100000011111001111000001111111，其相應的游程序列是23652457。82、設無記憶二元序列中，“0”和“1”的概率分別是p0和p1，則“0”游程長度L（0）的概率為。83、游程序列的熵等于原二元序列的熵。84、若“0”游程的哈夫嗎編碼效率為η0，“1”游程的哈夫嗎編碼效率為η1，且η0>η1對應的二元序列的編碼效率為η，則三者的關系是η0>η>η1。85、在實際的游程編碼過程中，對長碼一般采取截斷處理的方法。86、“0”游程和“1”游程可以分別進行哈夫曼編碼，兩個碼表中的碼字可以重復，但C碼必須不同。87、在多符號的消息序列中，大量的重復出現(xiàn)的，只起占時作用的符號稱為冗余位。88、“冗余變換”即：將一個冗余序列轉換成一個二元序列和一個縮短了的多元序列。89、L-D編碼是一種分幀傳送冗余位序列的方法。90、L-D編碼適合于冗余位較多或較少的情況。91、信道編碼的最終目的是提高信號傳輸?shù)目煽啃浴?2、狹義的信道編碼即：檢、糾錯編碼。93、BSC信道即：無記憶二進制對稱信道。94、n位重復碼的編碼效率是1/n。95、等重碼可以檢驗全部的奇數(shù)位錯和部分的偶數(shù)位錯。96、任意兩個碼字之間的最小漢明距離有稱為碼的最小距dmin，則dmin=。97、若糾錯碼的最小距離為dmin，則可以糾正任意小于等于t=個差錯。98、若檢錯碼的最小距離為dmin，則可以檢測出任意小于等于l=dmin-1個差錯。99、線性分組碼是同時具有分組特性和線性特性的糾錯碼。100、循環(huán)碼即是采用循環(huán)移位特性界定的一類線性分組碼。三、判斷（每題1分）（50道）必然事件和不可能事件的自信息量都是0。錯自信息量是的單調遞減函數(shù)。對單符號離散信源的自信息和信源熵都具有非負性。對單符號離散信源的自信息和信源熵都是一個確定值。錯單符號離散信源的聯(lián)合自信息量和條件自信息量都是非負的和單調遞減的。對自信息量、條件自信息量和聯(lián)合自信息量之間有如下關系： 對自信息量、條件自信息量和互信息量之間有如下關系： 對當隨即變量X和Y相互獨立時，條件熵等于信源熵。對當隨即變量X和Y相互獨立時，I（X；Y）=H（X）。錯10、信源熵具有嚴格的下凸性。錯11、平均互信息量I（X；Y）對于信源概率分布p（xi）和條件概率分布p（yj/xi）都具有凸函數(shù)性。對12、m階馬爾可夫信源和消息長度為m的有記憶信源，其所含符號的依賴關系相同。錯13、利用狀態(tài)極限概率和狀態(tài)一步轉移概率來求m階馬爾可夫信源的極限熵。對14、N維統(tǒng)計獨立均勻分布連續(xù)信源的熵是N維區(qū)域體積的對數(shù)。對15、一維高斯分布的連續(xù)信源，其信源熵只與其均值和方差有關。錯16、連續(xù)信源和離散信源的熵都具有非負性。錯17、連續(xù)信源和離散信源都具有可加性。對18、連續(xù)信源和離散信源的平均互信息都具有非負性。對19、定長編碼的效率一般小于不定長編碼的效率。對20、若對一離散信源（熵為H（X））進行二進制無失真編碼，設定長碼子長度為K，變長碼子平均長度為，一般>K。錯21、信道容量C是I（X；Y）關于p（xi）的條件極大值。對22、離散無噪信道的信道容量等于log2n，其中n是信源X的消息個數(shù)。錯23、對于準對稱信道，當時，可達到信道容量C。錯24、多用戶信道的信道容量不能用一個數(shù)來代表。對25、多用戶信道的信道容量不能用一個數(shù)來代表，但信道的信息率可以用一個數(shù)來表示。錯26、高斯加性信道的信道容量只與信道的信噪有關。對27、信道無失真?zhèn)鬟f信息的條件是信息率小于信道容量。對28、最大信息傳輸速率，即：選擇某一信源的概率分布（p（xi）），使信道所能傳送的信息率的最大值。錯29、對于具有歸并性能的無燥信道，當信源等概率分布時（p（xi）=1/n），達到信道容量。錯30、求解率失真函數(shù)的問題，即：在給定失真度的情況下，求信息率的極小值。對31、信源的消息通過信道傳輸后的誤差或失真越大，信宿收到消息后對信源存在的不確定性就越小，獲得的信息量就越小。錯32、當p（xi）、p（yj/xi）和d（xi，yj）給定后，平均失真度是一個隨即變量。錯33、率失真函數(shù)對允許的平均失真度具有上凸性。對34、率失真函數(shù)沒有最大值。錯35、率失真函數(shù)的最小值是0。對36、率失真函數(shù)的值與信源的輸入概率無關。錯37、信源編碼是提高通信有效性為目的的編碼。對38、信源編碼通常是通過壓縮信源的冗余度來實現(xiàn)的。對39、離散信源或數(shù)字信號的信源編碼的理論基礎是限失真信源編碼定理。錯40、一般情況下，哈夫曼編碼的效率大于香農編碼和費諾編碼。對41、在編m（m>2）進制的哈夫曼碼時，要考慮是否需要增加概率為0的碼字，以使平均碼長最短。對42、游程序列的熵（“0”游程序列的熵與“1”游程序列的熵的和）大于等于原二元序列的熵。錯43、在游程編碼過程中，“0”游程和“1”游程應分別編碼，因此，它們的碼字不能重復。錯44、L-D編碼適合于冗余位較多和較少的情況，否則，不但不能壓縮碼率，反而使其擴張。對45、狹義的信道編碼既是指：信道的檢、糾錯編碼。對46、對于BSC信道，信道編碼應當是一對一的編碼，因此，消息m的長度等于碼字c的長度。錯47、等重碼和奇（偶）校驗碼都可以檢出全部的奇數(shù)位錯。對48、漢明碼是一種線性分組碼。對49、循環(huán)碼也是一種線性分組碼。對50、卷積碼是一種特殊的線性分組碼。錯１．設Ｘ的取值受限于有限區(qū)間［a,b］，則X服從均勻分布時，其熵達到最大；如X的均值為，方差受限為，則X服從高斯分布時，其熵達到最大。2．信息論不等式：對于任意實數(shù)，有，當且僅當時等式成立。3．設信源為X={0，1}，P（0）=1/8，則信源的熵為比特/符號，如信源發(fā)出由m個“0”和（100-m）個“1”構成的序列，序列的自信息量為比特/符號。4．離散對稱信道輸入等概率時，輸出為等概分布。5．根據(jù)碼字所含的碼元的個數(shù)，編碼可分為定長編碼和變長編碼。6．設DMS為，用二元符號表對其進行定長編碼，若所編的碼為{000，001，010，011，100，101}，則編碼器輸出碼元的一維概率0.747,0.253。二、簡答題（30分）設信源為，試求（1）信源的熵、信息含量效率以及冗余度；求二次擴展信源的概率空間和熵。解：（1）（2）二次擴展信源的概率空間為：X\X1/163/163/169/16什么是損失熵、噪聲熵？什么是無損信道和確定信道？如輸入輸出為，則它們的分別信道容量為多少？答：將H（X|Y）稱為信道的疑義度或損失熵，損失熵為零的信道就是無損信道，信道容量為logr。將H（Y|X）稱為信道的噪聲熵，噪聲熵為零的信道就是確定信道，信道容量為logs。信源編碼的和信道編碼的目的是什么？答：信源編碼的作用：（1