信息論與編碼理論/普通高等學校信息與計算機科學專業係列叢書 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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辛小龍，王偉，付玉龍 編

圖書標籤:

• 信息論
• 編碼理論
• 通信原理
• 信息與計算機科學
• 高等教育
• 教材
• 理論基礎
• 數字通信
• 信源編碼
• 信道編碼

齣版社： 高等教育齣版社

ISBN：9787040412109

版次：1

商品編碼：11580384

包裝：平裝

叢書名： 普通高等學校信息與計算機科學專業係列叢書

開本：16開

齣版時間：2014-11-01

用紙：膠版紙

頁數：152

字數：180000

正文語種：中文

內容簡介

　　《信息論與編碼理論/普通高等學校信息與計算機科學專業係列叢書》從信息科學的基本概念和基本方法入手，係統而又全麵地介紹瞭信息論和編碼理論的基本概念和理論，淺顯易懂，簡明易教。
　　《信息論與編碼理論/普通高等學校信息與計算機科學專業係列叢書》全書共九章，內容包括緒論、離散信源及其信息度量、無失真信源編碼、離散信道及其信道編碼定理、限失真信源編碼和率失真函數、連續信源的信息度量、綫性碼、循環碼以及密碼學基礎。除第一章外各章後還附有習題。
　　《信息論與編碼理論/普通高等學校信息與計算機科學專業係列叢書》可作為信息與計算科學、數學與應用數學、統計學、計算機科學、通信工程等專業的本科教材，也可作為相關專業研究牛的學習參考書，還可供有關工程技術人員參考。

內頁插圖

目錄

第一章 緒論
1.1 序言
1.2 香農文章的序言

第二章 離散信源及其信息度量
2.1 自信息
2.2 熵、聯閤熵、條件熵
2.3 相對熵和互信息
2.4 信息量的一些基本性質
習題二

第三章 無失真信源編碼
3.1 隨機過程及其信息度量
3.2 漸進等分性質
3.3 信源編碼定理
3.4 等長碼與變長碼
3.5 哈夫曼碼
3.6 香農一法諾碼
習題三

第四章 離散信道及其信道編碼定理
4.1 離散無記憶信道和信道容量
4.2 信道容量的計算
4.3 信道編碼定理
習題四

第五章 限失真信源編碼和率失真函數
5.1 限失真信源編碼模型和率失真函數
5.2 率失真函數的計算
5.3 限失真信源編碼定理
習題五

第六章 連續信源的信息度量
6.1 可微熵
6.2 連續隨機變量的相對熵和互信息
6.3 連續信源的率失真函數
6.4 高斯信道
習題六

第七章 綫性碼
7.1 生成矩陣和一緻校驗矩陣
7.2 q元對稱信道的伴隨式譯碼法
7.3 漢明幾何碼的糾錯能力
7.4 一般q元信道的伴隨式譯碼方法
7.5 重量算子和MacWilliams恒等式
習題七

第八章 循環碼
8.1 循環碼的基本概念
8.2 循環漢明碼
8.3 糾正突發錯誤
8.4 BCH碼
8.5 戈雷碼
習題八

第九章 密碼學基礎
9.1 密碼學基本概念
9.2 密碼體製分類
9.3 古典密碼
9.4 雙鑰密碼體製
9.5 RSA公鑰密碼
習題九

參考文獻

信息論與編碼理論：探索信息世界的奧秘與實踐 在信息爆炸的時代，理解信息的本質、研究信息的傳輸與處理，以及如何高效、可靠地存儲和傳輸信息，已經成為我們認識世界、推動科技進步的核心驅動力。本書《信息論與編碼理論》深入淺齣地為您揭示信息科學的精髓，帶您遨遊於信息論的嚴謹邏輯與編碼理論的精巧設計之中。本書是為信息與計算機科學專業學生量身打造的係列叢書之一，旨在為未來的信息科學傢、工程師以及任何對信息科學充滿好奇的學習者構建堅實的基礎。 第一部分：信息論——信息的度量、信源編碼與信道容量 信息論，作為一門研究信息量度、信息傳輸、信息存儲和信息處理的數學理論，為我們提供瞭一套強大的分析工具。本書的開篇，我們將從信息論的基石——信息量的度量——開始。 信息量的定義與計算：我們首先探討信息量是如何被量化的。我們將學習香農（Shannon）提齣的信息熵（Entropy）概念，理解信息熵作為信源不確定性的一種度量。為何一件事情發生的概率越小，它所包含的信息量就越大？我們將通過詳細的數學推導和直觀的例子來解答這個根本問題。我們將學習如何計算離散信源的熵、聯閤熵、條件熵以及互信息。這些概念不僅是理論的基石，更是理解信息壓縮和糾錯編碼的關鍵。 信源編碼（數據壓縮）：在信息傳輸和存儲過程中，原始數據往往包含冗餘，這會導緻效率低下。信源編碼，也被稱為數據壓縮，其核心目標是去除這種冗餘，用更少的比特來錶示信息，同時保證信息的無損或有損重構。我們將深入研究幾種經典的無損信源編碼方法，例如： 霍夫曼編碼（Huffman Coding）：一種基於信源符號概率的變長編碼方法，通過為齣現頻率高的符號分配較短的碼字，為齣現頻率低的符號分配較長的碼字，從而實現最優的無損壓縮。本書將詳細介紹霍夫曼編碼的構建算法，並通過實例分析其壓縮效率。 算術編碼（Arithmetic Coding）：一種更為精細的編碼方法，它將整個消息視為一個小數，並通過不斷細分區間來錶示消息。算術編碼在理論上可以達到更接近熵的壓縮比，尤其適用於概率分布復雜的信源。我們將解析其工作原理和實現細節。 LZ係列算法：如LZ77、LZ78和LZW等，這些算法通過查找並替換重復齣現的字符串序列來達到壓縮目的，是現代很多通用壓縮工具（如ZIP、GZIP）的基礎。我們將分析其字典編碼思想和實際應用。 無損壓縮的理論極限——熵：信息論告訴我們，任何無損數據壓縮的極限都由信源的熵決定。本書將證明這一結論，並探討為何我們無法實現超越熵極限的壓縮。 信道容量（Channel Capacity）：信息在傳輸過程中，總是不可避免地會受到噪聲的乾擾，導緻信息的失真。信道容量是衡量一個通信信道能夠可靠傳輸信息的能力的上限。我們將學習： 離散無記憶信道：這是最基本的信道模型，我們將分析二元對稱信道（BSC）、二元擦除信道（BEC）等簡單信道的特性，並計算它們的信道容量。 連續信道——高斯白噪聲信道：在實際應用中，許多信道可以被建模為高斯白噪聲信道。我們將學習香農-哈特利定理（Shannon-Hartley Theorem），理解信道容量與信道帶寬、信噪比之間的關係。該定理是通信係統設計中至關重要的指導性原則，它指明瞭在給定信道條件下，理論上可能達到的最大可靠傳輸速率。 信道編碼的存在性定理：香農的第二基本定理（容量定理）指齣，隻要信息傳輸速率低於信道容量，就存在能夠以任意低的錯誤概率進行可靠通信的編碼和解碼方案。我們將深入理解這一具有裏程碑意義的定理，以及它為糾錯編碼的研究奠定的理論基礎。 第二部分：編碼理論——糾錯編碼的藝術與實踐 僅僅知道信道容量的理論極限是不夠的，我們需要設計具體的編碼方案來實現接近該極限的可靠通信。編碼理論正是研究如何通過在信息中添加冗餘來對抗噪聲、檢測和糾正錯誤。本書將係統介紹各種重要的糾錯編碼技術。 糾錯碼的基本概念：我們將引入錯誤檢測和錯誤糾正的基本思想。理解碼字（Codeword）、碼距（Hamming Distance）、最小碼距（Minimum Distance）等關鍵概念，它們是衡量編碼性能和糾錯能力的重要指標。我們將學習如何通過計算最小碼距來確定一個碼字能夠檢測和糾正的最大錯誤數。 綫性分組碼（Linear Block Codes）：這是一類結構簡單、易於實現的編碼。 生成矩陣與校驗矩陣：我們將學習如何使用生成矩陣（Generator Matrix）來構造碼字，以及如何使用校驗矩陣（Parity-Check Matrix）來檢測和糾正錯誤。 漢明碼（Hamming Codes）：這是最著名的一類綫性分組碼，具有較高的糾錯效率，能夠糾正一位錯誤。我們將詳細講解漢明碼的構造方法、譯碼算法，並分析其性能。 循環碼（Cyclic Codes）：循環碼是綫性分組碼的一個重要子類，其碼字在循環移位後仍然是該碼字的一部分。這使得它們具有特彆高效的編碼和譯碼硬件實現方式。我們將學習多項式代數在循環碼中的應用，並介紹BCH碼（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem codes）和裏德-所羅門碼（Reed-Solomon codes）等強大的循環碼族。BCH碼和裏德-所羅門碼在CD、DVD、衛星通信、移動通信等領域有著廣泛的應用，能夠有效糾正突發錯誤。 捲積碼（Convolutional Codes）：與分組碼將信息分成獨立的塊進行編碼不同，捲積碼將信息流進行編碼，其編碼器的輸齣不僅取決於當前輸入，還取決於之前的輸入。 編碼器結構與生成多項式：我們將解析捲積碼的編碼器結構，包括移位寄存器和異或門，並理解生成多項式在定義捲積碼特性中的作用。 維特比譯碼（Viterbi Decoding）：這是捲積碼最常用的最大似然譯碼算法，它通過搜索最優路徑來恢復原始信息。我們將詳細闡述維特比算法的原理和實現步驟。捲積碼因其結構簡單和性能優異，在早期移動通信、數字電視等領域發揮瞭重要作用。 現代編碼理論——低密度奇偶校驗碼（LDPC Codes）與極化碼（Polar Codes）：隨著信息論研究的深入，人們對接近香農極限的編碼器産生瞭極大的興趣。 LDPC碼：由Gallager在20世紀60年代提齣，但直到21世紀初纔因其優異的性能和可並行化的譯碼算法而受到廣泛關注。LDPC碼的譯碼算法基於消息傳遞（Message Passing），通常采用置信傳播（Belief Propagation）算法。它們在Wi-Fi、5G等現代通信標準中得到瞭廣泛應用。我們將介紹LDPC碼的稀疏校驗矩陣錶示以及其近乎完美的譯碼性能。 極化碼：由Eren Erdal Akkaya和Cihan Tepedelenlioğlu於2008年提齣，是第一個被證明可以達到香農容量的編碼。極化碼通過“極化”信道來構造，將一個信道“極化”成兩個幾乎完全可靠和幾乎完全不可靠的子信道。它被選為5G NR（New Radio）的信道編碼方案，標誌著編碼理論進入瞭一個新的時代。我們將探討極化碼的構造原理、譯碼算法（如SC譯碼器和SCL譯碼器）以及其在未來的應用前景。 本書特色與學習價值 本書在內容組織上，力求理論的嚴謹性與應用的廣泛性相結閤。每一章都以清晰的概念引入，輔以豐富的數學推導和精心設計的實例分析，幫助讀者理解抽象的理論概念。同時，我們也關注這些理論在現代通信、數據存儲、機器學習等領域的實際應用，讓讀者能夠看到知識的價值和生命力。 數學基礎：本書需要讀者具備一定的概率論、綫性代數和離散數學基礎。在相關章節，我們會適時地進行必要的迴顧和講解。 計算與仿真：雖然本書以理論講解為主，但我們鼓勵讀者通過編程實現一些關鍵算法（如霍夫曼編碼、維特比譯碼），通過仿真來驗證理論結果，加深理解。 前沿導嚮：本書不僅涵蓋瞭信息論與編碼理論的經典內容，還積極介紹 LDPC 碼和極化碼等現代編碼技術，幫助讀者瞭解該領域的最新發展動態。 通過學習本書，您將能夠： 1. 深刻理解信息的基本性質：掌握信息量的度量方法，認識到信息壓縮的理論極限。 2. 掌握經典和現代的數據壓縮技術：能夠選擇和應用適閤特定場景的壓縮算法。 3. 理解通信信道的瓶頸：量化信道的傳輸能力，為係統設計提供理論依據。 4. 掌握糾錯編碼的基本原理和常用編碼：能夠設計和分析簡單的糾錯編碼方案。 5. 瞭解現代高效編碼的奧秘：為深入研究更先進的編碼技術打下基礎。 《信息論與編碼理論》是一次探索信息世界奧秘的旅程，它將為您打開一扇通往高效、可靠信息傳輸和存儲的大門，為您的信息與計算機科學學習和研究之路奠定堅實而寬廣的基石。

評分☆☆☆☆☆

這本書如同一麵鏡子，照齣瞭我信息知識體係中的盲點。我一直以為，隻要傳輸的信號夠強，或者設備夠先進，信息傳遞就一定是準確無誤的。然而，《信息論與編碼理論》卻揭示瞭信息傳輸的內在局限性，以及如何通過巧妙的編碼技術來剋服這些局限。書中對於信息熵的解釋，讓我認識到即使是最簡單的信號，也蘊含著信息，而信息的“價值”在於其不確定性。當涉及到信道編碼時，我纔真正理解到，什麼叫做“化腐朽為神奇”。那些看似微不足道的冗餘信息，經過精心設計，竟然能夠承擔起“救生員”的角色，在數據被破壞後，依舊能夠找迴原始的信息。這本書的價值在於，它將抽象的理論概念與具體的工程應用巧妙地結閤在一起，讓我既能理解理論的深度，也能感受到技術的實用性。它讓我對信息安全、數據壓縮、通信可靠性等領域有瞭更清晰的認知，並激發瞭我進一步探索這些迷人領域的興趣。

評分☆☆☆☆☆

這本《信息論與編碼理論》著實是一本打開瞭我全新認知大門的寶藏。從前，對於信息的概念，我僅停留在“知道”的層麵，但這本書深入淺齣地剖析瞭信息的本質——熵。它不僅僅是統計學上的一個概念，更是衡量不確定性、是數據壓縮的理論極限。當我跟隨作者的筆觸，一步步理解熱力學第二定律與信息熵的微妙聯係時，我仿佛觸碰到瞭宇宙最底層的規律。接著，書中關於信源編碼的講解，尤其是哈夫曼編碼和香農-費諾編碼，讓我第一次直觀地認識到如何通過消除冗餘來壓縮數據，效率提升的幅度之大令人驚嘆。我嘗試著將生活中一些簡單的文本信息進行編碼，那種將信息“瘦身”的成就感不言而喻。更讓我著迷的是，這些看似抽象的理論，卻在實際應用中有著如此廣泛的映射，從文件壓縮到通信係統，無不體現著信息論的智慧。這本書不僅解答瞭我關於信息“是什麼”的疑問，更讓我看到瞭信息“如何被高效傳遞和存儲”的奧秘，為我後續學習更復雜的通信原理打下瞭堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我帶來的最大震撼，在於它將“噪聲”這一概念從物理世界延伸到瞭信息世界，並給齣瞭係統性的解決方案。在閱讀《信息論與編碼理論》之前，我總是將噪聲看作是無處不在的乾擾，是通信的敵人。但這本書告訴我，噪聲是信息傳輸的固有屬性，而編碼理論的任務，就是如何在存在噪聲的情況下，最大程度地保留信息的完整性和準確性。書中對信道容量的闡述，特彆是香農-fano定理，讓我明白瞭理論上的極限通信速率，這是一個令人興奮的突破性概念。它不僅為通信係統的設計提供瞭理論指導，也促使我去思考，在現實世界的通信瓶頸麵前，如何通過更優的編碼方案去逼近這個理論極限。書中對一些經典編碼譯碼算法的解析，例如維特比算法，也讓我看到瞭如何用高效的算法去實現復雜的編碼功能。這本書讓我對通信的本質有瞭更深刻的理解，那就是在不完美的信道中，追求近乎完美的信號傳遞。

評分☆☆☆☆☆

接觸到《信息論與編碼理論》這本書，完全是源於我對數據安全領域的好奇心。書中關於信道編碼的部分，特彆是糾錯碼的設計，簡直是給我打開瞭另一扇通往“可靠通信”之門。在我看來，信息傳輸過程中不可避免的噪聲和乾擾就像是在數字信號中注入瞭“惡意”。而書中介紹的漢明碼、捲積碼、裏德-所羅門碼等，就像是為這些脆弱的信號穿上瞭堅固的“鎧甲”，能夠在接收端檢測並糾正錯誤。我尤其對裏德-所羅門碼在CD、DVD以及二維碼中的應用印象深刻，這讓我明白，我們日常生活中依賴的各種數據存儲和讀取的穩定性，背後隱藏著如此精妙的數學和編碼原理。作者在闡述這些編碼方式時，沒有過於堆砌深奧的數學公式，而是側重於其工作原理和實際效果，這使得我這樣一個並非數學科班齣身的讀者也能逐步理解其精髓。這本書讓我看到瞭，在信息傳遞的“戰場”上，編碼理論是如何成為抵禦信息失真的最有效武器。

評分☆☆☆☆☆

在翻閱《信息論與編碼理論》的過程中，我被其嚴謹的邏輯和宏大的視野所摺服。它不僅僅是一本教授技術細節的書籍，更是一部關於如何係統性地思考和解決信息處理問題的哲學著作。從信息量的定義齣發，層層遞進，構建起一個完整的理論框架。書中對編碼的分類和各種編碼方案的介紹，都展現瞭其背後統一的數學原理和設計思想。我尤其對書中關於“信息”這一抽象概念的量化處理感到新奇，以及如何通過數學工具來分析和優化信息的傳輸和存儲效率。這種將模糊的概念轉化為清晰的數學模型的能力，是我在其他領域很少見到的。這本書讓我明白，任何看似復雜的信息係統，都可以通過對信息本身屬性的理解和對編碼規則的設計，來實現高效、可靠的運行。它提供瞭一種全新的視角來審視我所接觸到的各種信息技術，讓我能夠更深入地探究其底層的邏輯。