信息论与编码理论/普通高等学校信息与计算机科学专业系列丛书 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

辛小龙，王伟，付玉龙 编

图书标签:

• 信息论
• 编码理论
• 通信原理
• 信息与计算机科学
• 高等教育
• 教材
• 理论基础
• 数字通信
• 信源编码
• 信道编码

出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040412109

版次：1

商品编码：11580384

包装：平装

丛书名： 普通高等学校信息与计算机科学专业系列丛书

开本：16开

出版时间：2014-11-01

用纸：胶版纸

页数：152

字数：180000

正文语种：中文

内容简介

　　《信息论与编码理论/普通高等学校信息与计算机科学专业系列丛书》从信息科学的基本概念和基本方法入手，系统而又全面地介绍了信息论和编码理论的基本概念和理论，浅显易懂，简明易教。
　　《信息论与编码理论/普通高等学校信息与计算机科学专业系列丛书》全书共九章，内容包括绪论、离散信源及其信息度量、无失真信源编码、离散信道及其信道编码定理、限失真信源编码和率失真函数、连续信源的信息度量、线性码、循环码以及密码学基础。除第一章外各章后还附有习题。
　　《信息论与编码理论/普通高等学校信息与计算机科学专业系列丛书》可作为信息与计算科学、数学与应用数学、统计学、计算机科学、通信工程等专业的本科教材，也可作为相关专业研究牛的学习参考书，还可供有关工程技术人员参考。

内页插图

目录

第一章 绪论
1.1 序言
1.2 香农文章的序言

第二章 离散信源及其信息度量
2.1 自信息
2.2 熵、联合熵、条件熵
2.3 相对熵和互信息
2.4 信息量的一些基本性质
习题二

第三章 无失真信源编码
3.1 随机过程及其信息度量
3.2 渐进等分性质
3.3 信源编码定理
3.4 等长码与变长码
3.5 哈夫曼码
3.6 香农一法诺码
习题三

第四章 离散信道及其信道编码定理
4.1 离散无记忆信道和信道容量
4.2 信道容量的计算
4.3 信道编码定理
习题四

第五章 限失真信源编码和率失真函数
5.1 限失真信源编码模型和率失真函数
5.2 率失真函数的计算
5.3 限失真信源编码定理
习题五

第六章 连续信源的信息度量
6.1 可微熵
6.2 连续随机变量的相对熵和互信息
6.3 连续信源的率失真函数
6.4 高斯信道
习题六

第七章 线性码
7.1 生成矩阵和一致校验矩阵
7.2 q元对称信道的伴随式译码法
7.3 汉明几何码的纠错能力
7.4 一般q元信道的伴随式译码方法
7.5 重量算子和MacWilliams恒等式
习题七

第八章 循环码
8.1 循环码的基本概念
8.2 循环汉明码
8.3 纠正突发错误
8.4 BCH码
8.5 戈雷码
习题八

第九章 密码学基础
9.1 密码学基本概念
9.2 密码体制分类
9.3 古典密码
9.4 双钥密码体制
9.5 RSA公钥密码
习题九

参考文献

信息论与编码理论：探索信息世界的奥秘与实践 在信息爆炸的时代，理解信息的本质、研究信息的传输与处理，以及如何高效、可靠地存储和传输信息，已经成为我们认识世界、推动科技进步的核心驱动力。本书《信息论与编码理论》深入浅出地为您揭示信息科学的精髓，带您遨游于信息论的严谨逻辑与编码理论的精巧设计之中。本书是为信息与计算机科学专业学生量身打造的系列丛书之一，旨在为未来的信息科学家、工程师以及任何对信息科学充满好奇的学习者构建坚实的基础。 第一部分：信息论——信息的度量、信源编码与信道容量 信息论，作为一门研究信息量度、信息传输、信息存储和信息处理的数学理论，为我们提供了一套强大的分析工具。本书的开篇，我们将从信息论的基石——信息量的度量——开始。 信息量的定义与计算：我们首先探讨信息量是如何被量化的。我们将学习香农（Shannon）提出的信息熵（Entropy）概念，理解信息熵作为信源不确定性的一种度量。为何一件事情发生的概率越小，它所包含的信息量就越大？我们将通过详细的数学推导和直观的例子来解答这个根本问题。我们将学习如何计算离散信源的熵、联合熵、条件熵以及互信息。这些概念不仅是理论的基石，更是理解信息压缩和纠错编码的关键。 信源编码（数据压缩）：在信息传输和存储过程中，原始数据往往包含冗余，这会导致效率低下。信源编码，也被称为数据压缩，其核心目标是去除这种冗余，用更少的比特来表示信息，同时保证信息的无损或有损重构。我们将深入研究几种经典的无损信源编码方法，例如： 霍夫曼编码（Huffman Coding）：一种基于信源符号概率的变长编码方法，通过为出现频率高的符号分配较短的码字，为出现频率低的符号分配较长的码字，从而实现最优的无损压缩。本书将详细介绍霍夫曼编码的构建算法，并通过实例分析其压缩效率。 算术编码（Arithmetic Coding）：一种更为精细的编码方法，它将整个消息视为一个小数，并通过不断细分区间来表示消息。算术编码在理论上可以达到更接近熵的压缩比，尤其适用于概率分布复杂的信源。我们将解析其工作原理和实现细节。 LZ系列算法：如LZ77、LZ78和LZW等，这些算法通过查找并替换重复出现的字符串序列来达到压缩目的，是现代很多通用压缩工具（如ZIP、GZIP）的基础。我们将分析其字典编码思想和实际应用。 无损压缩的理论极限——熵：信息论告诉我们，任何无损数据压缩的极限都由信源的熵决定。本书将证明这一结论，并探讨为何我们无法实现超越熵极限的压缩。 信道容量（Channel Capacity）：信息在传输过程中，总是不可避免地会受到噪声的干扰，导致信息的失真。信道容量是衡量一个通信信道能够可靠传输信息的能力的上限。我们将学习： 离散无记忆信道：这是最基本的信道模型，我们将分析二元对称信道（BSC）、二元擦除信道（BEC）等简单信道的特性，并计算它们的信道容量。 连续信道——高斯白噪声信道：在实际应用中，许多信道可以被建模为高斯白噪声信道。我们将学习香农-哈特利定理（Shannon-Hartley Theorem），理解信道容量与信道带宽、信噪比之间的关系。该定理是通信系统设计中至关重要的指导性原则，它指明了在给定信道条件下，理论上可能达到的最大可靠传输速率。 信道编码的存在性定理：香农的第二基本定理（容量定理）指出，只要信息传输速率低于信道容量，就存在能够以任意低的错误概率进行可靠通信的编码和解码方案。我们将深入理解这一具有里程碑意义的定理，以及它为纠错编码的研究奠定的理论基础。 第二部分：编码理论——纠错编码的艺术与实践 仅仅知道信道容量的理论极限是不够的，我们需要设计具体的编码方案来实现接近该极限的可靠通信。编码理论正是研究如何通过在信息中添加冗余来对抗噪声、检测和纠正错误。本书将系统介绍各种重要的纠错编码技术。 纠错码的基本概念：我们将引入错误检测和错误纠正的基本思想。理解码字（Codeword）、码距（Hamming Distance）、最小码距（Minimum Distance）等关键概念，它们是衡量编码性能和纠错能力的重要指标。我们将学习如何通过计算最小码距来确定一个码字能够检测和纠正的最大错误数。 线性分组码（Linear Block Codes）：这是一类结构简单、易于实现的编码。 生成矩阵与校验矩阵：我们将学习如何使用生成矩阵（Generator Matrix）来构造码字，以及如何使用校验矩阵（Parity-Check Matrix）来检测和纠正错误。 汉明码（Hamming Codes）：这是最著名的一类线性分组码，具有较高的纠错效率，能够纠正一位错误。我们将详细讲解汉明码的构造方法、译码算法，并分析其性能。 循环码（Cyclic Codes）：循环码是线性分组码的一个重要子类，其码字在循环移位后仍然是该码字的一部分。这使得它们具有特别高效的编码和译码硬件实现方式。我们将学习多项式代数在循环码中的应用，并介绍BCH码（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem codes）和里德-所罗门码（Reed-Solomon codes）等强大的循环码族。BCH码和里德-所罗门码在CD、DVD、卫星通信、移动通信等领域有着广泛的应用，能够有效纠正突发错误。 卷积码（Convolutional Codes）：与分组码将信息分成独立的块进行编码不同，卷积码将信息流进行编码，其编码器的输出不仅取决于当前输入，还取决于之前的输入。 编码器结构与生成多项式：我们将解析卷积码的编码器结构，包括移位寄存器和异或门，并理解生成多项式在定义卷积码特性中的作用。 维特比译码（Viterbi Decoding）：这是卷积码最常用的最大似然译码算法，它通过搜索最优路径来恢复原始信息。我们将详细阐述维特比算法的原理和实现步骤。卷积码因其结构简单和性能优异，在早期移动通信、数字电视等领域发挥了重要作用。 现代编码理论——低密度奇偶校验码（LDPC Codes）与极化码（Polar Codes）：随着信息论研究的深入，人们对接近香农极限的编码器产生了极大的兴趣。 LDPC码：由Gallager在20世纪60年代提出，但直到21世纪初才因其优异的性能和可并行化的译码算法而受到广泛关注。LDPC码的译码算法基于消息传递（Message Passing），通常采用置信传播（Belief Propagation）算法。它们在Wi-Fi、5G等现代通信标准中得到了广泛应用。我们将介绍LDPC码的稀疏校验矩阵表示以及其近乎完美的译码性能。 极化码：由Eren Erdal Akkaya和Cihan Tepedelenlioğlu于2008年提出，是第一个被证明可以达到香农容量的编码。极化码通过“极化”信道来构造，将一个信道“极化”成两个几乎完全可靠和几乎完全不可靠的子信道。它被选为5G NR（New Radio）的信道编码方案，标志着编码理论进入了一个新的时代。我们将探讨极化码的构造原理、译码算法（如SC译码器和SCL译码器）以及其在未来的应用前景。 本书特色与学习价值 本书在内容组织上，力求理论的严谨性与应用的广泛性相结合。每一章都以清晰的概念引入，辅以丰富的数学推导和精心设计的实例分析，帮助读者理解抽象的理论概念。同时，我们也关注这些理论在现代通信、数据存储、机器学习等领域的实际应用，让读者能够看到知识的价值和生命力。 数学基础：本书需要读者具备一定的概率论、线性代数和离散数学基础。在相关章节，我们会适时地进行必要的回顾和讲解。 计算与仿真：虽然本书以理论讲解为主，但我们鼓励读者通过编程实现一些关键算法（如霍夫曼编码、维特比译码），通过仿真来验证理论结果，加深理解。 前沿导向：本书不仅涵盖了信息论与编码理论的经典内容，还积极介绍 LDPC 码和极化码等现代编码技术，帮助读者了解该领域的最新发展动态。 通过学习本书，您将能够： 1. 深刻理解信息的基本性质：掌握信息量的度量方法，认识到信息压缩的理论极限。 2. 掌握经典和现代的数据压缩技术：能够选择和应用适合特定场景的压缩算法。 3. 理解通信信道的瓶颈：量化信道的传输能力，为系统设计提供理论依据。 4. 掌握纠错编码的基本原理和常用编码：能够设计和分析简单的纠错编码方案。 5. 了解现代高效编码的奥秘：为深入研究更先进的编码技术打下基础。 《信息论与编码理论》是一次探索信息世界奥秘的旅程，它将为您打开一扇通往高效、可靠信息传输和存储的大门，为您的信息与计算机科学学习和研究之路奠定坚实而宽广的基石。

评分☆☆☆☆☆

接触到《信息论与编码理论》这本书，完全是源于我对数据安全领域的好奇心。书中关于信道编码的部分，特别是纠错码的设计，简直是给我打开了另一扇通往“可靠通信”之门。在我看来，信息传输过程中不可避免的噪声和干扰就像是在数字信号中注入了“恶意”。而书中介绍的汉明码、卷积码、里德-所罗门码等，就像是为这些脆弱的信号穿上了坚固的“铠甲”，能够在接收端检测并纠正错误。我尤其对里德-所罗门码在CD、DVD以及二维码中的应用印象深刻，这让我明白，我们日常生活中依赖的各种数据存储和读取的稳定性，背后隐藏着如此精妙的数学和编码原理。作者在阐述这些编码方式时，没有过于堆砌深奥的数学公式，而是侧重于其工作原理和实际效果，这使得我这样一个并非数学科班出身的读者也能逐步理解其精髓。这本书让我看到了，在信息传递的“战场”上，编码理论是如何成为抵御信息失真的最有效武器。

评分☆☆☆☆☆

这本书如同一面镜子，照出了我信息知识体系中的盲点。我一直以为，只要传输的信号够强，或者设备够先进，信息传递就一定是准确无误的。然而，《信息论与编码理论》却揭示了信息传输的内在局限性，以及如何通过巧妙的编码技术来克服这些局限。书中对于信息熵的解释，让我认识到即使是最简单的信号，也蕴含着信息，而信息的“价值”在于其不确定性。当涉及到信道编码时，我才真正理解到，什么叫做“化腐朽为神奇”。那些看似微不足道的冗余信息，经过精心设计，竟然能够承担起“救生员”的角色，在数据被破坏后，依旧能够找回原始的信息。这本书的价值在于，它将抽象的理论概念与具体的工程应用巧妙地结合在一起，让我既能理解理论的深度，也能感受到技术的实用性。它让我对信息安全、数据压缩、通信可靠性等领域有了更清晰的认知，并激发了我进一步探索这些迷人领域的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

这本《信息论与编码理论》着实是一本打开了我全新认知大门的宝藏。从前，对于信息的概念，我仅停留在“知道”的层面，但这本书深入浅出地剖析了信息的本质——熵。它不仅仅是统计学上的一个概念，更是衡量不确定性、是数据压缩的理论极限。当我跟随作者的笔触，一步步理解热力学第二定律与信息熵的微妙联系时，我仿佛触碰到了宇宙最底层的规律。接着，书中关于信源编码的讲解，尤其是哈夫曼编码和香农-费诺编码，让我第一次直观地认识到如何通过消除冗余来压缩数据，效率提升的幅度之大令人惊叹。我尝试着将生活中一些简单的文本信息进行编码，那种将信息“瘦身”的成就感不言而喻。更让我着迷的是，这些看似抽象的理论，却在实际应用中有着如此广泛的映射，从文件压缩到通信系统，无不体现着信息论的智慧。这本书不仅解答了我关于信息“是什么”的疑问，更让我看到了信息“如何被高效传递和存储”的奥秘，为我后续学习更复杂的通信原理打下了坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的最大震撼，在于它将“噪声”这一概念从物理世界延伸到了信息世界，并给出了系统性的解决方案。在阅读《信息论与编码理论》之前，我总是将噪声看作是无处不在的干扰，是通信的敌人。但这本书告诉我，噪声是信息传输的固有属性，而编码理论的任务，就是如何在存在噪声的情况下，最大程度地保留信息的完整性和准确性。书中对信道容量的阐述，特别是香农-fano定理，让我明白了理论上的极限通信速率，这是一个令人兴奋的突破性概念。它不仅为通信系统的设计提供了理论指导，也促使我去思考，在现实世界的通信瓶颈面前，如何通过更优的编码方案去逼近这个理论极限。书中对一些经典编码译码算法的解析，例如维特比算法，也让我看到了如何用高效的算法去实现复杂的编码功能。这本书让我对通信的本质有了更深刻的理解，那就是在不完美的信道中，追求近乎完美的信号传递。

评分☆☆☆☆☆

在翻阅《信息论与编码理论》的过程中，我被其严谨的逻辑和宏大的视野所折服。它不仅仅是一本教授技术细节的书籍，更是一部关于如何系统性地思考和解决信息处理问题的哲学著作。从信息量的定义出发，层层递进，构建起一个完整的理论框架。书中对编码的分类和各种编码方案的介绍，都展现了其背后统一的数学原理和设计思想。我尤其对书中关于“信息”这一抽象概念的量化处理感到新奇，以及如何通过数学工具来分析和优化信息的传输和存储效率。这种将模糊的概念转化为清晰的数学模型的能力，是我在其他领域很少见到的。这本书让我明白，任何看似复杂的信息系统，都可以通过对信息本身属性的理解和对编码规则的设计，来实现高效、可靠的运行。它提供了一种全新的视角来审视我所接触到的各种信息技术，让我能够更深入地探究其底层的逻辑。