信息論：基礎理論與應用(第3版)/普通高等教育“十一五”規劃教材 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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傅祖蕓 著

圖書標籤:

• 信息論
• 通信原理
• 編碼學
• 數據壓縮
• 機器學習
• 信號處理
• 概率論
• 數學模型
• 高等教育
• 規劃教材

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齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121129001

商品編碼：29488024726

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基本信息

書名：信息論：基礎理論與應用(第3版)/普通高等教育“十一五”規劃教材

定價：48.00元

作者：傅祖蕓

齣版社：電子工業齣版社

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ISBN：9787121129001

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版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

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編輯推薦

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內容提要

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《普通高等教育“十一五”規劃教材·信息論：基礎理論與應用（第3版）》係統地論述瞭香農信息論基本理論及某些應用問題，基本覆蓋瞭信息論的各個方麵的內容。內容包括：信息的定義和度量；各類離散信源和連續信源的信息熵；有記憶、無記憶、離散和連續信道的信道容量；香農信息論的三個基本定理：無失真信源編碼定理、限失真信源編碼定理和信道編碼定理；網絡信息理論及保密係統的信息理論。《普通高等教育“十一五”規劃教材·信息論：基礎理論與應用（第3版）》還介紹瞭無失真數據壓縮（即無失·信源編碼）的實用的編碼算法與方法，以及信道糾錯編碼的基本內容和分析方法。後還簡要地介紹瞭信息論與熱力學、光學、統計學、生物學和醫學等其他學科交叉結閤的應用內容。

目錄

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章 緒論
1.1 信息的概念
1.2 信息論研究的對象、目的和內容
1.3 信息論發展簡史與信息科學

第2章 離散信源及其信息測度
2.1 信源的數學模型及分類
2.2 離散信源的信息熵
2.2.1 自信息
2.2.2 信息熵
2.3 信息熵的基本性質
2.4 信息熵的性定理
2.5 離散無記憶的擴展信源
2.6 離散平穩信源
2.6.1 離散平穩信源的數學定義
2.6.2 二維離散平穩信源及其信息熵
2.6.3 離散平穩信源的極限熵
2.7 馬爾可夫信源
2.7.1 馬爾可夫信源和m階馬爾可夫信源的定義
2.7.2 馬爾可夫信源和m階馬爾可夫信源的信息熵
2.8 信源剩餘度與自然語言的熵
2.9 意義信息和加權熵
小結
習題

第3章 離散信道及其信道容量
3.1 信道的數學模型及分類
3.1.1 信道的分類
3.1.2 離散信道的數學模型
3.1.3 單符號離散信道的數學模型
3.2 平均互信息及平均條件互信息
3.2.1 信道疑義度
3.2.2 平均互信息
3.2.3 平均條件互信息
3.3 平均互信息的特性
3.4 信道容量及其一般計算方法
3.4.1 離散無噪信道的信道容量
3.4.2 對稱離散信道的信道容量
3.4.3 準對稱信道的信道容量
3.4.4 一般離散信道的信道容量
3.5 信道容量的迭代算法
3.5.1 信道容量的迭代算法
3.5.2 信道容量迭代算法的收斂性
3.6 離散無記憶擴展信道及其信道容量
3.7 獨立並聯信道及其信道容量
3.8 串聯信道的互信息和數據處理定理
3.9 信源與信道的匹配
小結
習題

第4章 波形信源和波形信道
4.1 波形信源的統計特性和離散化
4.2 連續信源和波形信源的信息測度
4.2.1 連續信源的差熵
4.2.2 連續平穩信源和波形信源的差熵
4.2.3 兩種特殊連續信源的差熵
4.3 連續信源熵的性質及大差熵定理
4.3.1 差熵的性質
4.3.2 具有大差熵的連續信源
4.4 連續信源熵的變換
4.4.1 坐標變換後概率密度函數的變化
4.4.2 坐標變換後差熵的變化
4.5 熵功率
4.6 連續信道和波形信道的分類
4.6.1 按信道輸入和輸齣的統計特性分類
4.6.2 按噪聲的統計特性分類
4.6.3 按噪聲對信號的作用功能分類
4.7 連續信道和波形信道的信息傳輸率
4.7.1 基本連續信道的平均互信息
4.7.2 多維連續信道的平均互信息
4.7.3 波形信道的信息傳輸率
4.7.4 連續信道平均互信息的特性
4.8 連續信道和波形信道的信道容量
4.8.1 單符號高斯加性信道
4.8.2 單符號非高斯加性信道
4.8.3 多維無記憶高斯加性連續信道
4.8.4 多維有記憶高斯加性連續信道
4.8.5 限帶高斯白噪聲加性波形信道
4.8.6 有色高斯加性波形信道
4.8.7 香農公式的重要實際指導意義
小結
習題

第5章 無失真信源編碼定理
5.1 編碼器
5.2 等長碼
5.3 漸近等分割性和ε典型序列
5.4 等長信源編碼定理
5.5 變長碼
5.5.1 可譯變長碼與即時碼
5.5.2 即時碼的樹圖構造法
5.5.3 剋拉夫特（Kraft）不等式
5.5.4 可譯變長碼的判斷法
5.6 變長信源編碼定理
小結
習題

第6章 有噪信道編碼定理
6.1 錯誤概率和譯碼規則
6.2 錯誤概率與編碼方法
6.2 聯閤ε典型序列
6.4 有噪信道編碼定理
6.5 聯閤信源信道編碼定理
小結
習題

第7章 保真度準則下的信源編碼
7.1 失真度和平均失真度
7.1.1 失真度
7.1.2 平均失真度
7.2 信息率失真函數及其性質
7.2.1 信息率失真函數
7.2.2 信息率失真函數的性質
7.3 二元信源和離散對稱信源的R（D）函數
7.3.1 二元對稱信源的R（D）函數
7.3.2 離散對稱信源的R（D）函數
7.4 信息率失真函數的參量錶述及其計算
7.5 信息率失真函數的迭代算法
7.6 連續信源的信息率失真函數
7.6.1 連續信源的信息率失真函數
7.6.2 高斯信源的信息率失真函數
7.6.3 連續信源R（D）函數的參量錶述及計算
7.7 保真度準則下的信源編碼定理
7.7.1 失真ε典型序列
7.7.2 保真度準則下信源編碼定理的證明
7.8 聯閤有失真信源信道編碼定理
7.9 限失真信源編碼定理的實用意義
小結
習題

第8章 無失真的信源編碼
8.1 霍夫曼（Huffman）碼
8.1.1 二元霍夫曼碼
8.1.2 r元霍夫曼碼
8.1.3 霍夫曼碼的佳性
8.2 費諾（Fano）碼
8.3 香農-費諾-埃利斯碼
8.4 遊程編碼和MH編碼
8.4.1 遊程編碼
8.4.2 MH編碼
8.5 算術編碼
8.6 字典碼
8.6.1 LZ？77編碼算法
8.6.2 LZ？78編碼算法
8.6.3 LZW編碼算法
8.6.4 LZ碼復雜？和性能分析
小結
習題

第9章 信道的糾錯編碼
9.1 差錯控製的基本形式
9.2 糾錯碼分類及基本概念
9.2.1 糾錯碼分類
9.2.2 糾錯碼的基本概念及其糾錯能力
9.3 綫性分組碼
9.3.1 一緻校驗矩陣和生成矩陣
9.3.2 伴隨式及標準陣列譯碼
9.3.3 漢明碼
9.4 循環碼
9.4.1 循環碼結構及其多項式描述
9.4.2 循環碼的生成多項式和生成矩陣
9.4.3 循環碼的校驗多項式和伴隨式
9.4.4 循環碼的編、譯碼器
9.5 捲積碼
9.5.1 捲積碼的解析錶示
9.5.2 捲積碼的圖解錶示
小結
習題

0章 網絡信息論
10.1 通信網信道的分類
10.2 多個變量的聯閤典型序列
10.3 相關信源編碼
10.4 多址接入信道
10.4.1 離散多址接入信道
10.4.2 多址接入高斯噪聲信道
10.5 相關信源和多址接入信道
10.5.1 相關信源和多址接入信道的對偶性
10.5.2 相關信源的多址接入信道
10.6 廣播信道
10.7 中繼信道
10.8 具有邊信息的信源編碼
10.9 具有邊信息的數據壓縮
小結
習題

1章 保密係統的基本信息理論
11.1 保密學的基本概念
11.2 保密係統的數學模型
11.3 古典密碼體製
11.3.1 單錶密碼
11.3.2 移位代換密碼
11.3.3 乘數密碼
11.3.4 固定周期d的位移置換
11.3.5 多錶代換密碼
11.4 完全保密性
11.5 理論保密性
11.6 實際保密性
小結
習題

2章 信息論與其他學科的關係和應用
12.1 信息熵與熱力學熵
12.2 信息論與光學
12.2.1 光學信息量
12.2.2 光量子信道的信道容量
12.2.3 大熵光學圖像恢復
12.3 大熵原理與譜估計
12.3.1 高斯過程的熵率
12.3.2 伯格的大熵定理
12.4 信息論與生命科學
12.4.1 DNA到蛋白質的通信係統
12.4.2 信息係數與信息分類
12.4.3 醫學中的信息分析
小結

附錄
附錄A 凸函數和詹森不等式
附錄B 馬爾可夫鏈
B.1 馬爾可夫鏈的定義
B.2 轉移概率和轉移矩陣
B.3 各態曆經定理
附錄C 熵函數的函數錶
附錄D 所用符號及編寫說明
參考書目和文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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《通信原理與信號處理：係統設計與前沿探索》 內容簡介 這是一部係統闡述通信係統基本原理，深入剖析信號處理理論，並在此基礎上展望通信技術前沿發展方嚮的著作。全書力求在理論深度與工程實踐之間找到最佳結閤點，旨在為從事通信、電子信息、計算機科學及相關領域研究與開發的專業人士提供一套完整、嚴謹且富有啓發性的參考。 第一部分：通信係統基礎理論 本部分首先構建起通信係統的整體認知框架。我們將從最基本的通信模型齣發，解析信息源、信源編碼、信道編碼、調製解調、信道以及接收端的各個環節在信息傳輸中的作用。 信息論的基石： 雖然本書側重於通信係統本身，但對信息論的基本概念，如信息熵、互信息、信道容量等，將進行必要的引入和解釋。這有助於讀者理解信息傳輸的根本限製，以及信息編碼和信道編碼設計的理論依據。我們將探討不同信息源模型（如離散無記憶信源、馬爾可夫信源）的熵計算方法，並理解它們在實際通信中的意義。信道容量的概念將作為信息傳輸速率的上限，並簡要介紹香農極限（Shannon Limit）的由來和重要性。 信源編碼： 深入探討無損和有損信源編碼技術。對於無損編碼，我們將詳細介紹霍夫曼編碼（Huffman Coding）和算術編碼（Arithmetic Coding）的原理、算法以及它們在數據壓縮中的應用，例如在文件存儲和圖像壓縮（如JPEG標準）中的體現。對於有損編碼，我們將講解變換編碼（如離散餘弦變換DCT）、量化（Quantization）以及熵編碼（如CABAC/CAVLC）在現代多媒體壓縮（如MPEG係列、H.264/H.265）中的關鍵作用，並分析其失真-速率（Distortion-Rate）權衡。 信道編碼： 這一章節將聚焦於如何利用冗餘信息來對抗信道中的噪聲和乾擾，提高信息傳輸的可靠性。我們將係統介紹綫性分組碼，包括其代數結構、譯碼方法（如最小距離譯碼、最大似然譯碼），並重點講解循環碼（如BCH碼、RS碼）的構造與譯碼原理。對於捲積碼，我們將深入分析其編碼器結構、狀態圖、Viterbi譯碼算法，以及它們在移動通信（如GSM）和衛星通信中的應用。此外，還將介紹現代高性能信道編碼，如Turbo碼和LDPC碼，闡述它們接近香農極限的優異性能，以及在4G/5G通信、Wi-Fi等領域中的重要地位。 調製解調技術： 詳細闡述模擬調製（AM, FM, PM）和數字調製（ASK, FSK, PSK, QAM）的原理、頻譜特性和性能指標（如功率譜密度、帶寬效率）。重點分析相乾解調和非相乾解調，以及它們在不同信號類型下的優劣。我們將深入探討正交幅度調製（QAM）傢族，包括其星座圖設計、功率效率和抗噪聲能力，並分析其在高速數據傳輸中的廣泛應用。對於更復雜的調製方式，如CPM（Continuous Phase Modulation）及其變種（如GMSK），也將進行闡述。 多址技術： 探討在有限的通信資源下，如何允許多個用戶共享信道。我們將詳細介紹頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）和正交頻分多址（OFDM）的原理、優缺點及適用場景。特彆地，OFDM作為現代無綫通信（如Wi-Fi, 4G/5G）的核心技術，將得到重點講解，包括其將高速數據流分解為多個低速子載波傳輸的機製，以及如何剋服多徑效應。 第二部分：信號處理理論與算法 本部分將深入探討信號的錶示、分析和變換，以及實現這些處理過程的關鍵算法。 傅裏葉變換及其發展： 從連續時間傅裏葉變換（CTFT）入手，講解其在信號頻譜分析中的核心作用。隨後過渡到離散時間傅裏葉變換（DTFT）和離散傅裏葉變換（DFT），理解采樣對信號頻譜的影響，以及DFT在數字信號處理中的必要性。重點講解快速傅裏葉變換（FFT）算法，包括其原理、復雜度以及在信號處理、頻譜分析、濾波等方麵的巨大應用價值。還將介紹短時傅裏葉變換（STFT）和傅裏葉級數（FS）作為理解時變信號和周期信號頻譜的工具。 濾波器設計與實現： 詳細介紹數字濾波器的基本概念，包括理想濾波器和實際濾波器的區彆。係統講解IIR（無限衝激響應）和FIR（有限衝激響應）濾波器的設計方法，包括模擬原型法（巴特沃斯、切比雪夫、橢圓濾波器）和頻率采樣法。闡述濾波器在信號去噪、信號分離、均衡等方麵的應用。我們將分析不同濾波器的幅頻和相頻特性，以及它們在實際係統中的權衡取捨。 隨機信號分析： 引入隨機過程的概念，分析平穩隨機過程（寬平穩、窄平穩）的統計特性，如均值、自相關函數、功率譜密度。講解維納濾波（Wiener Filter）理論，包括其在信號增強和預測中的應用，以及最小均方誤差（MMSE）的原理。介紹卡爾曼濾波（Kalman Filter）及其在狀態估計、目標跟蹤等動態係統中的重要作用。 自適應信號處理： 深入研究自適應濾波器，包括其工作原理、收斂性分析。詳細講解LMS（最小均方）算法和RLS（遞歸最小二乘）算法，分析它們的計算復雜度、收斂速度和性能。闡述自適應濾波器在噪聲消除、迴聲消除、均衡、信道辨識等領域的廣泛應用。 第三部分：通信係統前沿技術與應用 本部分將站在當前和未來的視角，探討通信領域的新興技術和實際應用。 認知無綫電與軟件定義無綫電（SDR）： 探討如何使無綫通信係統具備感知周圍環境、智能決策和靈活重構的能力。詳細介紹認知無綫電的關鍵技術，如頻譜感知、動態頻譜接入、乾擾協調等。闡述軟件定義無綫電的架構和核心思想，即通過軟件實現無綫電通信的多種功能，從而實現通信係統的靈活性和可升級性。 MIMO（多輸入多輸齣）係統： 深入分析MIMO技術的原理，包括空間復用（Spatial Multiplexing）、空間分集（Spatial Diversity）和波束成形（Beamforming）。闡述如何利用多個天綫在發射端和接收端，通過多條獨立信道傳輸信息，從而極大地提高頻譜效率和係統可靠性。將講解STBC（空時編碼）等具體MIMO編碼技術。 下一代移動通信（5G及未來）： 詳細介紹5G技術的核心特性，如高帶寬、低時延、海量連接。重點講解5G中的關鍵技術，包括大規模MIMO、毫米波通信、網絡切片（Network Slicing）、邊緣計算（Edge Computing）等。展望6G的發展方嚮，如全息通信、感官互聯、AI與通信的深度融閤。 物聯網（IoT）通信： 探討麵嚮物聯網應用的通信協議和技術，包括低功耗廣域網（LPWAN）技術（如LoRa, NB-IoT）、短距離無綫通信技術（如Wi-Fi HaLow, Bluetooth Low Energy）以及 MQTT、CoAP等消息傳輸協議。分析在資源受限設備、海量連接場景下的通信挑戰與解決方案。 人工智能與通信的融閤： 探討如何利用人工智能技術優化通信係統性能，例如在信道估計、信號檢測、資源管理、網絡安全等方麵的應用。反之，也探討通信技術如何支撐人工智能應用的實現，如數據傳輸、分布式訓練等。 本書特色 理論與實踐並重： 在深入講解通信原理和信號處理算法的同時，大量引用實際工程中的應用案例和技術標準，幫助讀者理解理論知識的實際價值。 體係結構清晰： 全書內容從基礎理論到前沿應用，層層遞進，邏輯嚴謹，適閤不同層次的讀者學習和參考。 數學推導嚴謹： 對於核心的數學模型和算法，提供瞭清晰的推導過程，確保理論的嚴謹性。 麵嚮未來： 關注通信技術的發展趨勢，引導讀者思考未來的通信挑戰與機遇。 本書適閤通信工程、電子信息工程、計算機科學與技術等專業的高年級本科生、研究生，以及從事通信係統設計、研發、測試和維護的工程師和科研人員。通過閱讀本書，讀者將能夠係統地掌握通信係統的核心理論，深入理解信號處理的關鍵技術，並對通信領域的未來發展方嚮建立清晰的認知。

評分☆☆☆☆☆

這本《信息論：基礎理論與應用(第3版)》在我看來，是一部非常紮實的教科書，它在理論的嚴謹性和應用的廣泛性之間找到瞭一個絕佳的平衡點。作為一名對信息科學有濃厚興趣的普通讀者，我一直覺得信息論是連接理論與實踐的關鍵橋梁，而這本書恰好滿足瞭我的這一需求。從“十一五”規劃教材的定位上，我便知道這本書的體係會非常完整。我期待書中對信息熵、互信息等基本概念的闡述能夠清晰易懂，並且能夠引齣更深層次的討論。尤其讓我期待的是，書中在講述瞭基礎理論之後，能夠非常詳盡地介紹這些理論是如何在現實世界中得到應用的。例如，我非常好奇在現代通信係統中，是如何利用信息論的原理來提高傳輸效率和可靠性的，書中對於糾錯編碼和信源編碼的講解，我想一定會非常有啓發性。我希望這本書能夠幫助我建立起一個堅實的信息論基礎，從而更好地理解和學習其他相關領域的知識。

評分☆☆☆☆☆

我最近入手瞭這本《信息論：基礎理論與應用(第3版)》，被其內容之豐富和講解之細緻所摺服。作為一本國傢規劃教材，它果然沒有讓我失望。我一直以來都對信息論在現代社會中的作用感到好奇，這本書恰好能滿足我探索的欲望。從信息量的定義到信源編碼、信道編碼，再到信道容量，這本書係統地梳理瞭信息論的整個知識框架。我特彆關注書中對各種編碼技術，如哈夫曼編碼、香農-範諾編碼以及更復雜的糾錯碼的講解，期待它們在實際應用中的錶現。這本書的“應用”部分，讓我看到瞭信息論的巨大價值，例如在數據壓縮、通信安全以及機器學習等領域。我希望這本書能夠幫助我將抽象的理論知識轉化為解決實際問題的能力，並且能夠對當前信息技術的發展有一個更深刻的理解。總之，這本書對於任何想要深入瞭解信息論的人來說，都是一本不可或缺的讀物。

評分☆☆☆☆☆

終於有機會拜讀這本《信息論：基礎理論與應用(第3版)》，這本書的齣版時間正好契閤瞭我在通信原理和信號處理領域深入鑽研的需求。拿到手的第一感覺就是厚重，這無疑預示著內容的深度和廣度。我尤其關注的是它在“十一五”國傢規劃教材的定位，這讓我對它的係統性和權威性有瞭更高的期待。初略翻閱，我就被其清晰的脈絡和嚴謹的邏輯所吸引，從信息熵的引入，到信道容量的計算，再到編碼理論的精妙，一步步將抽象的概念具象化。我特彆期待它在實際應用章節的講解，比如在數據壓縮、糾錯編碼等方麵的具體案例分析，這對於我理解理論如何指導工程實踐至關重要。很多時候，教科書上的理論總是顯得有些枯燥，但如果能將這些理論與現實世界中的挑戰聯係起來，其價值便會得到極大的提升。這本書的“應用”二字，給瞭我這樣的希望，我希望它能提供一些前沿的應用案例，或者深入剖析現有技術背後的信息論原理，讓我不僅知其然，更知其所以然。對於我來說，這不僅僅是一本教材，更是一個探索信息世界奧秘的窗口。

評分☆☆☆☆☆

這本書《信息論：基礎理論與應用(第3版)》給我帶來瞭一種全新的學習體驗，它將信息論這一相對抽象的學科，以一種非常貼近實際的方式呈現齣來。我之前接觸過一些信息論的入門讀物，但總覺得缺乏係統性和深入性，而這本教材在這方麵做得非常齣色。它沒有迴避那些復雜的數學推導，但同時又通過大量的圖示和類比，讓原本晦澀的定義變得容易理解。我最欣賞的是它在理論講解之後的應用部分，不僅僅是簡單列舉，而是深入剖析瞭信息論原理在各種現代通信技術中的作用，例如在數字電視傳輸、移動通信係統以及數據存儲等領域。我尤其期待書中關於糾錯編碼的內容，這對於理解我們日常使用的各種電子設備為何能夠穩定可靠地工作至關重要。書中對不同編碼方案的優缺點分析，以及它們在不同場景下的適用性，無疑能極大地拓寬我的視野。總而言之，這本書不僅適閤作為高等教育的教材，對於任何對信息傳輸和處理有濃厚興趣的讀者來說，都是一本不可多得的寶藏。

評分☆☆☆☆☆

當我收到這本《信息論：基礎理論與應用(第3版)》時，我被它的內容所深深吸引。作為一名對數據通信和網絡安全領域充滿好奇的學生，我一直渴望找到一本既能打下堅實理論基礎，又能展現豐富實際應用的教材。這本書正是我所尋找的。它從最基礎的信息熵開始，層層遞進，逐步深入到信道容量、編碼理論等核心概念。我尤其贊賞書中對每一種理論的推導都力求嚴謹，同時又輔以直觀的圖示和生動的例子，這使得我在理解過程中不會感到枯燥乏味。而“應用”章節的齣現，更是讓我眼前一亮。我非常期待書中關於信息論在人工智能、機器學習以及大數據分析等新興領域的應用探討，這無疑能為我未來的學習和研究方嚮提供重要的指引。我希望這本書能夠幫助我建立起一個清晰的知識體係，讓我能夠更好地理解當前信息技術的發展趨勢，並為我將來解決實際問題提供有力的理論支撐。