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沈连丰，李正权 著

图书标签:

• 信息论
• 编码学
• 通信原理
• 信源编码
• 信道编码
• 香农理论
• 信息量
• 熵
• 可靠性
• 数据压缩

出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030291776

版次：1

商品编码：11872954

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十一五”国家级规划教材

开本：16开

出版时间：2010-11-01

用纸：胶版纸

页数：215

字数：280000

正文语种：中文

内容简介

　　《信息理论与编码基础》较为系统地论述信息理论和编码的基础知识，内容包括绪论、信息的度量、离散信源及其信源编码、离散信道及其信道编码、连续消息和连续信道、限失真信源编码、差错控制的基本概念、线性分组码、卷积码、信道编码新进展简介（包括Turbo码、空时分组码、低密度奇偶校验码、网络编码与协作）等。每章后面都附有思考题和习题。全书针对本科教学的特点，力求深入浅出，把严密的数学语言、合理的物理解释和丰富的应用实例相结合，将经典理论介绍和新研究成果相结合，便于学生自学。
　　《信息理论与编码基础》为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，可作为高等院校通信类、电子信息类、计算机科学与工程类、自动控制类等专业本科生教材，也可作为相关学科硕士研究生的教学参考书以及有关技术、科研和管理人员的参考书。

内页插图

目录

前言
常用符号

第1章 绪论
1．1 通信系统的基本单元
1．2 信息科学的有关概念
1．2．1 信息的特征
1．2．2 信息理论要解决的基本问题
1．2．3 信息论的创始人
1．2．4 信息科学的定义及迅速发展的背景
1．2．5 信息理论的研究内容
1．3 香农信息论梗概
思考题

第2章 信息的度量
2．1 度量信息的基本思路
2．1．1 单符号离散信源
2．1．2 自信息量
2．2 信源熵和条件熵
2．2．1 信源熵
2．2．2 条件自信息量
2．2．3 条件熵
2．3 互信息量和平均互信息量
2．3．1 互信息量
2．3．2 互信息量的性质
2．3．3 条件互信息量
2．3．4 平均互信息量
2．3．5 平均互信息量的性质
2．3．6 平均互信息量的物理意义
2．4 多维随机变量的熵
2．4．1 熵的链接准则
2．4．2 信息链接准则
2．4．3 熵的界
2．4．4 数据处理不等式
本章小结
思考题
习题

第3章 离散信源及其信源编码
3．1 信源分类
3．1．1 信源分类方法
3．1．2 自然语信源
3．1．3 马尔可夫信源
3．2 离散信源的熵
3．2．1 发出单符号消息离散无记忆信源的熵
3．2．2 发出符号序列消息离散无记忆信源的熵
3．2．3 发出符号序列消息的离散有记忆信源的熵
3．2．4 发出符号序列消息的马尔可夫信源的熵
3．2．5 各种离散信源的时间熵
3．3 信源的冗余度
3．3．1 最大信源熵
3．3．2 信源的冗余度
3．4 信源编码及其描述
3．4．1 信源编码模型
3．4．2 编码效率
3．5 单义可译定理
3．5．1 单义可译码
3．5．2 即时码的构造
3．5．3 单义可译定理
3．5．4 平均码长界定定理
3．6 香农第一定理
3．6．1 元失真信源编码
3．6．2 等长码的信源编码
3．7 信源编码实例
3．7．1 费诺编码方法
3．7．2 霍夫曼编码方法
3．7．3 Lempel-Ziv编码
本章小结
思考题
习题

第4章 离散信道及其信道编码
4．1 信道的分类
4．2 离散信道的传输特性
4．2．1 无扰离散信道的传输特性
4．2．2 有扰离散信道的传输特性
4．2．3 几种特殊的有扰离散信道
4．2．4 消息在有扰离散信道上的信息传输速率
4．2．5 有扰离散信道的信道容量
4．3 译码准则
4．3．1 常用的译码准则
4．3．2 关于译码准则的讨论
4．4 香农第二定理
4．4．1 信道编码与平均错误译码概率
4．4．2 汉明距离与编码原则
4．4．3 有扰离散信道的信道编码定理
本章小结
思考题
习题

第5章 连续消息和连续信道
5．1 连续消息的信息度量
5．1．1 基本思路
5．1．2 几种连续信源的相对熵
5．1．3 条件熵
5．1．4 平均互信息量
5．1．5 连续消息熵的性质
5．1．6 最大相对熵定理
5．1．7 熵功率和熵功率不等式
5．2 连续消息在信道上的传输问题
5．3 香农信道容量公式
5．3．1 高斯信道的信道容量
5．3．2 带限信道的信道容量
5．3．3 香农公式的含义
本章小结
思考题
习题

第6章 限失真信源编码
6．1 失真函数和平均失真度
6．1．1 失真函数
6．1．2 平均失真度
6．2 信息率失真函数
6．2．1 保真度准则
6．2．2 失真许可的试验信道
6．2．3 信息率失真函数及其性质
6．2．4 几种典型信源的信息率失真函数
6．3 保真度准则下的信源编码定理
本章小结
思考题
习题

第7章 差错控制的基本概念
7．1 差错控制系统的分类
7．1．1 自动请求重传系统
7．1．2 前向纠错系统
7．1．3 信息重复查询系统和混合纠错系统
7．2 纠错编码的分类及其性能评价
7．2．1 纠错编码的分类
7．2．2 纠错码的基本概念
7．2．3 纠错编码方法的性能评价
本章小结
思考题
习题

第8章 线性分组码
8．1 有关概念
8．1．1 线性分组码的定义及其性质
8．2 线性分组码的编码和译码
8．2．1 线性分组码的编码
8．2．2 线性分组码译码
8．2．3 线性分组码举例
8．3 循环码的描述
8．3．1 循环码的定义
8．3．2 循环码的性质
8．3．3 生成矩阵和一致校验矩阵
8．4 循环码的编码和译码
8．4．1 循环码的编码
8．4．2 循环码的译码
8．4．3 循环码的检错能力
8．4．4 循环码的缩短与扩展
8．5 二元BCH码
8．5．1 BCH码的描述
8．5．2 BCH码的编码和译码
8．6 多元BCH码和R-S码
8．7 纠突发错误码
8．7．1 纠突发错误码的定义及基本性质
8．7．2 交织码
本章小结
思考题
习题

第9章 卷积码
9．1 卷积码的编码及其描述
9．1．1 卷积码的编码
9．1．2 卷积码的描述
9．2 卷积码的最大似然译码
9．2．1 Viterbi译码
9．2．2 序列译码
9．3 卷积码的性能评估
9．3．1 译码的错误扩展及恶性卷积码
9．3．2 卷积码的自由距离
本章小结
思考题
习题

第10章 信道编码新进展简介
10．1 Turbo码
10．1．1 Turbo码的编码及其性能
10．1．2 Turbo码的译码简介
10．2 空时分组码
10．2．1 正交空时分组码
10．2．2 正交空时分组码的译码
10．2．3 准正交空时分组码
10．2．4 准正交空时分组码的译码
10．3 低密度奇偶校验码
10．3．1 低密度奇偶校验码的定义
10．3．2 低密度奇偶校验码的译码
10．4 网络编码与协作
10．4．1 网络编码
10．4．2 网络编码协作
本章小结
思考题
习题

参考文献
索引

前言/序言

　　由沈连丰和叶芝慧编著、杨千里主审的《信息论与编码》硕士研究生教材，自2004年由科学出版社出版以来，得到不少师长和同行的厚爱，很多老师和同学通过电子邮件和电话与本人进行有益的交流，希望在这本书的基础上再出一本面向本科教学的教材，在这一背景下我们写出了《信息理论与编码基础》。本书得到科学出版社的积极推荐，被教育部评为普通高等教育“十一五”国家级规划教材，这不仅是对我们的一种鼓励，同时也是一种压力，写作过程中深感面向本科的教材比面向研究生的教材更难写。
　　本书共有10章。第1章在简单介绍通信系统的基本单元和信息科学的有关概念后，给出香农（Shannon）信息论梗概以及本书的主要内容与课程要求；第2～6章是香农信息论的基本内容，分别讨论信息的度量、离散信源及其信源编码、离散信道及其信道编码、连续消息和连续信道、限失真信源编码，重点论述各种熵的概念、香农的3个定理和信道容量公式等基础知识；第7～10章给出信道编码的基础知识，首先讨论纠错编码的基本概念，其次重点论述线性分组码和卷积码（包括纠随机错误码和纠突发错误码），最后简要介绍信道编码新进展（包括Turbo码、空时分组码、低密度奇偶校验码、网络编码与协作）。每章后面都附有思考题和习题。本书已有较为完备的多媒体课件和习题参考解答，使用本书的老师可以向科学出版社免费索取。
　　本书基本保持原研究生教材的语言风格，但尽可能避免复杂的数学推导，强化基本概念和基础理论，力求把理论知识用简洁的数学语言及合理的物理解释来阐述，使其容易理解和便于自学；将理论介绍和新研究成果相结合，以增强读者学习的主动性。希望读者顺着“提出的问题，解决的思路，给出的分析，得到的结论，结论的意义，实际的应用”这条主线来阅读。
　　作者在编写过程中参考了大量的文献并将其列于书后，深感它们都是很有价值的，可以从不同的侧面帮助读者加深对本书内容的理解，在此衷心感谢这些在信息理论和编码领域作出贡献的国内外先师和同行。
　　本书的1～9章由沈连丰为主编写，第10章由李正权为主编写；徐艳丽协助编写了第8章和10.4节，宋韬协助编写了第4章和第5章，沈丹萍和李正权分别协助编写了第3章和第7章；徐艳丽、谢树京、宋韬、沈丹萍选编了本书第1～9章的习题，宋韬、沈丹萍完成了习题解答和许多其他具体工作。
　　作者诚挚感谢对本书的写作、出版给予各种帮助的领导、同仁和学生。本书是在原研究生教材《信息论与编码》的基础上编写的，因此首先感谢《信息论与编码》的作者之一叶芝慧和主审杨千里将军；东南大学将本书列为校级“十一五”规划教材，校教务处的领导给予了多方面支持；东南大学信息科学与工程学院负责本科教学的副院长孟桥教授以及作者在移动通信国家重点实验室的同事对本课程一直给予关心、指导和帮助，对本书的大纲和初稿提出许多中肯的修改意见；共同执教本科生课程的同事徐平平教授、仲文副教授和傅学群等老师，课题组宋铁成教授、胡静副研究员和夏玮玮副研究员，博士后许波，博士生徐艳丽、谢树京、吴名、刘继顺、左旭舟、杨琼等分别阅读了书稿的部分章节并提出许多修改意见；最后，作者要特别感谢科学出版社的编辑和支持本书出版的评审专家，是他们的鼓励、支持和指导，才使本书得以出版。
　　信息理论和编码技术的发展日新月异，限于水平，书中难免存在疏漏之处，敬请同行专家和读者不吝指正。

《信息传输的边界：从信号到意义的演进》 内容概要： 本书并非直接探讨信息理论与编码的基础概念，而是将目光投向信息从产生、编码、传输到最终被理解的整个宏观演进过程。它以一种更加广阔的视角，审视信息在不同媒介、不同尺度、不同发展阶段所展现出的独特魅力与内在规律。我们将从信息产生的源头出发，追溯其形态的演变，进而探讨支撑信息高效传递的物理与技术机制，最后触及信息在社会、文化以及认知层面的深远影响。本书旨在为读者勾勒一幅信息传播的壮丽画卷，激发对信息本质及其潜在可能性的深刻思考。 第一章：信息的起源与多态呈现 本章我们将超越“比特”的抽象定义，深入探究信息的“出生地”。信息并非凭空产生，而是源于自然界的物理过程、生物体的生命活动，以及人类社会的交流互动。我们将从最基本的物理信号——如光、声、电磁波——的波动特性谈起，阐释这些看似无序的现象背后潜藏着何种信息规律。 自然界的语言： 探讨从行星运动的轨道、地质构造的痕迹，到细胞分裂的信号、动物迁徙的路径，这些自然现象如何成为承载信息的一种“语言”。我们会分析它们的“编码”方式，例如地层厚度代表的时间、基因序列代表的生命蓝图。 生命的节律与编码： 深入研究生物体内部的信息传递机制，从DNA的碱基序列如何编码遗传信息，到神经元之间传递的电化学信号如何构建思维与意识。我们将聚焦于生命系统如何以其特有的方式“编码”和“解码”环境信息，以适应生存与繁衍。 人类社会的符号系统： 审视人类社会如何创造出丰富的符号系统来表达和传递信息。这包括从原始的象形文字到复杂的书面语言，从简单的手势到精妙的艺术表达，再到现代社会中的数字信号。我们将分析这些符号系统如何随着时代发展而演化，以及它们如何影响人类的认知与协作。 信息形态的演进： 追溯信息从模拟形态向数字形态的转变历程，以及这种转变带来的革命性影响。我们将讨论模拟信号的连续性与数字信号的离散性在信息表达上的差异，以及数字化的优势如何推动信息处理与传播的飞跃。 第二章：信息传输的物理基础与工程实践 本章将聚焦于信息如何从一端可靠地“旅行”到另一端，探讨支撑信息传输的物理原理以及实际的工程实现。我们将从宏观的通信网络到微观的信号载体，深入剖析信息传输的各个环节。 电磁波的魔力： 详细介绍电磁波作为信息载体的重要性。我们将探讨不同频率的电磁波在无线通信中的应用，例如无线电、微波、红外线等，以及它们各自的传播特性与适用场景。 光纤的脉动： 深入分析光纤通信的原理，解释光信号如何在玻璃纤维中高效传输。我们将讨论光信号的调制、放大与解调过程，以及光纤通信在现代高速网络中的核心地位。 信道的噪声与干扰： 任何信息传输过程都不可避免地会遇到噪声和干扰，它们是信息失真的罪魁祸首。本节将探讨各种类型的噪声（热噪声、散粒噪声、干扰噪声等）的来源，以及它们对信息传输造成的挑战。 信号的编码与解码（非纠错编码）： 在这一节，我们并非讨论信息理论中的纠错编码，而是聚焦于更基础的信号编码方式，例如幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）等。我们将解释这些调制技术如何将信息附加到载波信号上，以便于传输。同时，也会涉及信号的采样、量化等基本过程，为后续的信息处理奠定基础。 网络架构与协议： 审视现代通信网络的结构，从点对点的连接到复杂的互联网。我们将简要介绍不同层次的网络协议（如TCP/IP协议族）如何协同工作，确保信息的路由、传输与组装。 第三章：信息解读的艺术与认知边界 本章将视角转向信息的接收者，探讨信息是如何被解读、理解，并最终转化为知识与行动的。我们将从信号的物理层面，跨越到信息的语义层面，关注信息在人脑中的加工与转化过程。 感官的过滤器： 分析人类感官（视觉、听觉、触觉等）如何接收和初步处理来自外部的信息。我们将讨论感官的局限性，以及它们如何选择性地捕捉信息。 语言与意义的建构： 深入研究语言在信息传递与理解中的核心作用。我们将探讨语言的结构、语法规则以及词汇的丰富性如何支撑复杂信息的表达。同时，也会触及语言的模糊性、歧义性以及文化语境对意义解读的影响。 认知模式与信息过滤： 探讨个体认知模式、已有知识、经验以及情感状态如何影响对信息的接收与解读。我们将介绍常见的认知偏差，以及它们如何导致信息被扭曲或误解。 信息的转化与知识的生成： 审视信息如何在大脑中经过加工、整合，最终转化为知识、记忆与洞察。我们将讨论学习、记忆、推理等认知过程，以及它们如何使零散的信息片段汇聚成有意义的整体。 信息过载与注意力经济： 在信息爆炸的时代，如何有效地管理和筛选信息成为一项重要挑战。本节将探讨信息过载现象，以及我们如何发展出各种策略来应对，例如注意力分散、信息茧房等。 第四章：信息的社会涟漪与未来展望 本章将目光从个体和技术层面，拓展到信息在整个社会结构、文化发展乃至人类文明进程中的作用。我们将探讨信息流动如何塑造社会形态，以及未来信息技术可能带来的变革。 信息对称与权力结构： 分析信息在社会资源分配、权力结构形成中的作用。信息的获取与控制往往与社会地位、经济实力紧密相关。 文化传播与身份认同： 探讨信息传播如何促进不同文化之间的交流与融合，以及信息传播如何影响个体和群体的身份认同。 信息时代的伦理困境： 审视信息时代所带来的新型伦理挑战，例如隐私泄露、信息茧房、虚假信息的泛滥、算法偏见等。 人工智能与信息洪流： 探讨人工智能技术（如机器学习、自然语言处理）在信息处理、生成和分析方面的新进展，以及它们如何改变我们与信息互动的方式。 信息熵的宏观视角： 从一个更加宏观的视角，反思信息与熵在宇宙演化中的关系。我们将讨论信息作为一种“负熵”的存在，在维持系统秩序、推动复杂性生成方面可能扮演的角色。 《信息传输的边界：从信号到意义的演进》并非一本枯燥的技术手册，而是一次对信息本质的深度探索。它希望通过跨学科的视角，揭示信息在自然、生命、技术、社会和认知各个维度上的深刻联系。本书将带领读者穿梭于物理信号的微观世界与人类思想的宏观图景之间，感受信息流动的脉搏，理解信息如何塑造我们的世界，并激发对信息未来发展的无限遐想。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计真是令人眼前一亮，简约而富有质感，书脊上的书名烫金工艺低调奢华，翻开书页，纸张的触感非常舒适，略带米黄的色调也让人阅读起来不那么疲劳。我特别喜欢它那种严谨而不失启发性的排版方式，公式的推导过程清晰可见，每一个符号的出现都有其逻辑上的必然性，这对于我这种初学者来说简直是福音。更难得的是，作者在讲解一些抽象概念时，并没有仅仅停留在数学公式的层面，而是穿插了一些生动的例子，比如在阐述熵的概念时，他巧妙地将日常生活中的信息不确定性与数学模型联系起来，让我这个原本对信息论感到畏惧的人，茅塞顿开，体会到了其中的美妙。这本书的逻辑结构也非常清晰，章节之间的过渡自然流畅，仿佛在引领我一步步探索信息世界的奥秘。我常常会在阅读过程中，因为某个精彩的论证或者巧妙的比喻而停下来，反复品味，甚至会拿笔在本子上勾画出关键的思路。虽然我还没有完全深入到所有技术细节，但光是这流畅的叙事和引人入胜的讲解，就足以让我对这本书的后续内容充满期待。

评分☆☆☆☆☆

这本书的章节安排和内容深度，对于我这种有着一定数学基础但对信息理论涉足不深的读者来说，简直是量身定做的。作者在引入每一个新的概念之前，都会先回顾相关的背景知识，或者给出一些直观的类比，这极大地降低了学习门槛。我特别喜欢他对于“纠错码”的讲解，作者不仅详细介绍了不同类型纠错码的原理和性能，还花了相当大的篇幅去分析它们在实际通信系统中的应用，比如在硬盘存储、卫星通信等方面。这种理论与实践相结合的叙述方式，让我深刻理解了编码技术的重要性，也让我对未来信息传输的可靠性有了更深的信心。有时候，我在阅读的过程中，会遇到一些稍微复杂一些的数学证明，但作者的思路非常清晰，每一步的推导都显得有理有据，即使我需要花费一些时间去理解，最终也能够豁然开朗。总的来说，这本书的叙述方式非常扎实，内容充实，既有理论的深度，又不乏实践的指导意义，是一本值得反复研读的好书。

评分☆☆☆☆☆

老实说，我一直觉得信息理论和编码这些领域离我有点遥远，充满了晦涩难懂的公式和概念，就像一座高不可攀的山峰。然而，当我翻开这本书时，那种敬畏感瞬间消散了不少。作者的语言风格非常平实，就像一位慈祥的长者在娓娓道来，一点点地揭示着信息世界的本质。他不会上来就抛出复杂的定理，而是先从一些基本的问题出发，比如“我们如何衡量信息的量？”、“如何更有效地传输信息？”等等，循序渐进地引导读者进入主题。我尤其欣赏他对于一些关键概念的解释，比如“信源编码”和“信道编码”，他不仅仅给出了定义，还深入浅出地分析了它们在实际应用中的重要性，让我体会到这些理论并非空中楼阁，而是实实在在地支撑着我们现在的信息化生活。虽然我只是一个初学者，对很多数学细节还在摸索，但我能感受到作者的匠心独运，他用一种非常人性化的方式，将深奥的理论变得触手可及。这本书的阅读体验，就像在迷雾中行走，作者就像一个提灯的人，一点点驱散迷雾，让我看清前方的道路。

评分☆☆☆☆☆

这是一本非常有“匠心”的书，从封面设计到内文排版，都透露出一种精益求精的态度。作者在文字的打磨上也非常用心，语言精准而富有表现力，即使是探讨一些非常抽象的数学模型，也能读出一种逻辑的美感。我个人特别欣赏作者在引入“香农信息论”时所采用的路径，他并没有直接给出公式，而是先从信息传输的本质问题出发，通过几个精心设计的思想实验，一步步引导读者去思考“什么是信息”、“如何衡量信息”，这种由浅入深的方式，让我在阅读的过程中，不仅仅是被动地接受知识，更是在主动地思考和探索。书中对于“信道容量”的解释，更是让我眼前一亮，作者通过生动的类比，将这个复杂的概念变得形象起来，我仿佛看到了一个信息在不同“容量”的管道中流淌，理解其限制和可能性。虽然我对其中的一些高级算法还在消化中，但仅仅是这种引人入胜的叙述风格，就足以让我爱不释手，渴望继续深入探索。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排可谓是“循序渐进”的典范。作者在开篇就为读者勾勒出了一个宏大的信息世界图景，然后层层深入，从最基础的概念讲起，逐步过渡到更高级的理论和技术。我特别喜欢作者在讲解“熵”和“互信息”时所使用的类比，非常贴切，让我这个初学者也能迅速抓住核心思想。他不仅仅是罗列公式，更重要的是解释了这些公式背后的物理意义和直观理解，这对于我这样希望“知其然”也“知其所以然”的读者来说，是至关重要的。书中的一些案例分析，也让我受益匪浅，比如在探讨“纠错码”时，作者结合了实际的通信应用场景，让我看到了理论知识的实际价值。虽然我对某些章节的数学推导还需要反复推敲，但整体的学习体验非常顺畅，没有感到被 overwhelming。这本书就像一位经验丰富的向导，带领我在这片看似复杂的信息海洋中，找到了一条清晰的航线。