9787113086190 高等院校電氣信息類規劃教材——信息論與編碼 中國鐵道齣版社 張 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張蓮，周登義，餘成塗著 著

圖書標籤:

• 信息論
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• 中國鐵道齣版社
• 通信原理
• 數字通信
• 信息處理
• 理論基礎

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齣版社： 中國鐵道齣版社

ISBN：9787113086190

商品編碼：29492327793

包裝：平裝

齣版時間：2008-04-01

基本信息

書名：高等院校電氣信息類規劃教材——信息論與編碼

定價：26.00元

作者：張蓮,周登義,餘成塗著

齣版社：中國鐵道齣版社

齣版日期：2008-04-01

ISBN：9787113086190

字數：375000

頁碼：245

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.381kg

編輯推薦

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本書共分6章，即緒論、信息的量度及離散信源、信源編碼、離散信道及信道容量、信道編碼、信息工程中的數據保密。內容包括理論基礎（前四章）和應用（後兩章）兩個方麵。理論基礎部分主要介紹信息的基本理論與基本概念，包括：信息熵、互信息、信息率失真函數、信道容量以及它們的性質與計算等。應用部分主要介紹信息與通信係統中的優化及其實現手段與方法，包括：信源編碼定理、無失真的統計匹配編碼、解除相關性的預測編碼與變換編碼、實用性的文字傳真編碼、語音編碼與圖像編碼等提高係統有效性的信源編碼、信道編碼定理、分組碼的基本理論與方法、捲積碼的基本理論與方法等提高係統可靠性的信道編碼以及信息工程中的數據保密等。 本書適閤作為高等理工科院校電子信息工程、通信工程、信號與信息處理學科的本科生教材，也可供研究生、夜大、自學考試及成人教育有關專業選用，還可供有關科技人員學習參考。

內容提要

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本書是一本21世紀教學的有關信息論與編碼的教材。全書共分6章，即緒論、信息的量度及離散信源、信源編碼、離散信道及信道容量、信道編碼以及信息工程中的數據保密。
　　本書重點介紹信息處理的理論基礎、實現原理與方法。內容分為兩大部分，即理論基礎（前四章）和應用（後兩章）。理論基礎部分主要介紹信息的基本理論與基本概念，包括：信息熵、互信息、信息率失真函數、信道容量以及它們的性質與計算等。應用部分主要介紹信息與通信係統中的優化及其實現手段與方法，包括：信源編碼定理、無失真的統計匹配編碼、解除相關性的預測編碼與變換編碼、實用性的文字傳真編碼、語音編碼與圖像編碼等提高係統有效性的信源編碼、信道編碼定理、分組碼的基本理論與方法、捲積碼的基本理論與方法等提高係統可靠性的信道編碼以及信息工程中的數據保密等。
　　本書適閤作為高等理工科院校電子信息工程、通信工程、信號與信息處理學科的本科生教材，也可供研究生、夜大、自學考試及成人教育等有關專業選用，還可供有關科技人員學習參考。

目錄

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章 緒論
1.1 信息的概念
1.1.1 信息的定義、特徵與性質
1.1.2 信息的分類
1.1.3 信息、消息和信號的區彆與聯係
1.2 信息傳輸係統的組成及各部分的功能
1.2.1 模擬信息傳輸係統
1.2.2 數字信息傳輸係統
1.3 信息論研究的對象和內容
1.4 信息論發展的曆史和趨勢
第2章 信息的量度及離散信源
2.1 自信息量和條件自信息量
2.1.1 自信息量
2.1.2 條件自信息量
2.2 互信息量和條件互信息量
2.2.1 互信息量
2.2.2 互信息量的性質
2.2.3 條件互信息量
2.3 離散信源的信息量
2.3.1 信源的數學模型
2.3.2 信源的分類
2.3.3 平均信息量
2.4 熵的基本性質
2.5 消息序列的熵
2.5.1 離散無記憶信源
2.5.2 離散無記憶的擴展信源
2.5.3 離散平穩信源
2.5.4 馬爾可夫信源
2.6 信源的相關性和剩餘度
習題
第3章 信源編碼
3.1 無失真信源編碼
3.1.1 編碼器
3.1.2 分組碼
3.1.3 等長碼和等長編碼定理
3.1.4 變長碼和變長編碼定理
3.1.5 變長碼的編碼方法
3.2 限失真信源編碼
3.2.1 失真測度
3.2.2 信息率失真函數
3.2.3 離散信源的信息率失真函數
3.2.4 限失真信源編碼定理
3.2.5 連續信源的信息率失真函數
3.3 常用信源編碼
3.3.1 矢量量化編碼
3.3.2 預測編碼
3.3.3 變換編碼
3.3.4 傳真編碼
3.3.5 語音壓縮編碼
3.3.6 圖像編碼
習題
第4章 離散信道及信道容量
4.1 信道分類與描述
4.1.1 信道的分類
4.1.2 信道的描述
4.2 離散無記憶信道
4.2.1 離散信道的數學模型
4.2.2 單符號離散信道
4.3 信道傳輸的平均互信息
4.3.1 信道疑義度
4.3.2 平均互信息
4.4 平均互信息的特性
4.5 信道容量的概念及其計算方法
4.5.1 信道容量的定義
4.5.2 幾種典型離散信道的信道容量
4.5.3 對稱離散信道的信道容量
4.5.4 一般離散信道的信道容量
4.5.5 離散無記憶的擴展信道及其信道容量
4.5.6 串聯信道和並聯信道及其信道容量
4.6 信源與信道的匹配
習題
第5章 信道編碼
5.1 信道編碼的基本概念
5.1.1 信道編碼在數字通信係統的地位和作用
5.1.2 信道編碼的基本思想和分類
5.1.3 差錯控製的基本方式
5.1.4 信道編碼基本數學知識
5.2 有噪信道編碼
5.2.1 噪聲信道的編碼問題
5.2.2 錯誤概率與編碼方法
5.2.3 有噪信道編碼定理
5.3 綫性分組碼
5.3.1 分組碼的性質
5.3.2 生成矩陣與奇偶校驗矩陣
5.3.3 幾種典型的分組碼
5.4 捲積碼
5.4.1 捲積碼的編碼
5.4.2 捲積碼的譯碼
5.5 糾正突發錯誤碼
5.5.1 突發差錯與糾突發差錯的基本概念
5.5.2 法爾碼
5.6 交織碼
習題
第6章 信息工程中的數據保密
6.1 信息保密通信的模型
6.2 傳統密碼體製
6.2.1 單錶代換密碼
6.2.2 多錶代換密碼
6.2.3 多字母代換
6.2.4 轉置密碼
6.3 分組（塊）密碼
6.3.1 分組加密的基本概念
6.3.2 數據加密標準（DES）
6.4 公鑰密碼體製
6.4.1 公鑰密鑰的一般原理
6.4.2 RSA體製
習題
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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信號的奧秘與數字的語言：信息論與編碼的精妙世界 在信息爆炸的時代，我們無時無刻不在接收、處理和傳遞著各種各樣的信息。從清晨喚醒你的鬧鍾，到社交媒體上閃爍的文字，再到高清的流媒體視頻，一切皆為信息的載體。然而，這些看似紛繁復雜的信息背後，隱藏著一套精妙的數學理論和工程技術，它們共同構築瞭現代信息社會的基石——信息論與編碼。 信息論：度量與壓縮的先驅 信息論，如同信息世界的“度量衡”，為我們提供瞭量化信息、衡量信息傳輸效率的強大工具。它最早由剋勞德·香農（Claude Shannon）在1948年提齣，其核心概念之一便是“信息熵”。信息熵，顧名思義，就是衡量一個事件的不確定性或信息量的指標。一個事件發生的可能性越小，其攜帶的信息量就越大。例如，預測明天的天氣是晴天，其信息量相對較小，因為晴天的概率較高；而預測某地發生一次百年不遇的地震，其信息量則巨大無比，因為它極其不確定。 信息熵的引入，使得我們可以從數學上精確地描述信息。它不僅能告訴我們一個信息源可能産生的最大信息速率，還能幫助我們理解冗餘的概念。冗餘，是信息源輸齣信息中可以被去除的部分，它雖然不提供新的信息，但在實際傳輸過程中卻起著至關重要的作用，比如糾錯。信息論的關鍵貢獻之一在於其“信道容量”理論。香農證明瞭，任何通信信道都存在一個理論上的最大傳輸速率，即信道容量。隻要信息傳輸速率低於信道容量，理論上就可以實現無差錯傳輸。這一革命性的結論，為後續的通信係統設計指明瞭方嚮。 信息論的另一大重要分支是數據壓縮。通過對信息源的統計特性進行分析，我們可以發現數據中的冗餘，並設計齣有效的編碼方案來去除這些冗餘，從而減小數據的存儲空間和傳輸帶寬。赫夫曼編碼（Huffman Coding）是早期最經典的變長編碼方法，它根據符號齣現的概率分配不等長的二進製碼字，概率越高的符號分配的碼字越短，從而實現整體壓縮。算術編碼（Arithmetic Coding）則是一種更高級的壓縮技術，它將整個消息看作一個單一的、具有小數錶示的數字，通過將概率纍積來錶示消息，能夠實現更高的壓縮率，尤其在處理小概率事件時錶現齣色。當然，還有更復雜的壓縮算法，如LZ係列（LZ77, LZ78, LZW）和基於字典的壓縮方法，它們在實際應用中扮演著重要角色，比如我們日常使用的ZIP、PNG等文件格式都離不開這些壓縮技術。 編碼：確保信息準確抵達的守護者 如果說信息論是度量和壓縮的理論基礎，那麼編碼就是信息可靠傳輸的實踐者。在信息傳輸過程中，我們常常會遇到各種噪聲乾擾，這些噪聲會破壞原始信息，導緻錯誤。編碼技術正是為瞭對抗這些噪聲，確保信息在接收端能夠被準確無誤地恢復。 編碼可以大緻分為兩大類：信源編碼（Source Coding）和信道編碼（Channel Coding）。 信源編碼，我們前麵已經提及，其主要目的是去除信息源中的冗餘，實現數據的壓縮，從而提高傳輸效率。比如，將高分辨率的圖像壓縮成JPEG格式，或者將無損的音頻文件壓縮成FLAC格式，都屬於信源編碼的應用範疇。 信道編碼，則是為瞭在信息傳輸過程中增加冗餘，以抵抗噪聲乾擾，實現可靠傳輸。它不是去除冗餘，而是有目的地“注入”冗餘。雖然增加瞭傳輸的數據量，但換來的是更高的傳輸可靠性。這聽起來似乎有些矛盾，但其核心思想是通過巧妙的數學設計，讓接收端能夠檢測並糾正傳輸過程中産生的錯誤。 信道編碼又可以細分為兩大類：糾錯碼（Error-Correcting Codes）和檢錯碼（Error-Detecting Codes）。檢錯碼隻能檢測到錯誤的存在，而無法糾正錯誤。例如，奇偶校驗碼（Parity Check）是最簡單的檢錯碼，它通過計算碼字中“1”的個數來判斷是否有錯誤發生。而糾錯碼則更進一步，不僅能檢測錯誤，還能在一定程度上糾正錯誤。 經典的糾錯碼包括： 綫性分組碼（Linear Block Codes）：這類編碼將原始信息分成固定長度的組（信息段），然後通過一個生成矩陣（Generator Matrix）將其映射成固定長度的碼字（碼組）。碼字在傳輸過程中可能會受到噪聲影響，接收端通過一個校驗矩陣（Parity-Check Matrix）來判斷碼字是否正確，並嘗試糾正錯誤。漢明碼（Hamming Code）是其中最著名的一種，它能夠檢測並糾正單個比特錯誤，並且在特定條件下也能檢測到兩個比特錯誤。 捲積碼（Convolutional Codes）：與分組碼不同，捲積碼不將信息分成獨立的組，而是對信息序列進行編碼，輸齣的碼字不僅取決於當前的信息比特，還取決於之前的一部分信息比特。捲積碼的編碼過程可以看作是用一個滑動窗口在信息序列上進行操作。它們通常比分組碼具有更好的性能，尤其是在高信噪比下。 循環冗餘校驗碼（Cyclic Redundancy Check, CRC）：雖然CRC主要用於檢錯，但其原理也十分巧妙，它基於多項式除法。在實際應用中，CRC被廣泛用於網絡通信、存儲設備等領域，能夠有效地檢測齣傳輸錯誤。 糾噴嚏碼（Burst Error Correcting Codes）：某些信道噪聲傾嚮於同時破壞連續的多個比特，形成“錯誤噴嚏”。針對這類噪聲，發展齣瞭專門的糾噴嚏碼，例如Reed-Solomon碼。Reed-Solomon碼在CD、DVD、衛星通信、條形碼等領域都有著廣泛的應用，其強大的糾錯能力使其成為應對復雜噪聲環境的有力武器。 現代高效編碼：LDPC碼和Turbo碼：進入21世紀，為瞭逼近香農極限，研究人員開發齣瞭更為高效的信道編碼技術。LDPC（Low-Density Parity-Check）碼和Turbo碼就是其中的代錶。LDPC碼是一種稀疏校驗矩陣的綫性分組碼，具有齣色的糾錯性能，並且可以並行譯碼，速度較快。Turbo碼則是一種迭代譯碼的結構，它將兩個獨立的捲積碼通過“交織器”連接起來，通過多次迭代譯碼，能夠獲得接近香農極限的性能。這兩種編碼在3G、4G、5G等移動通信標準以及Wi-Fi等領域發揮著至關重要的作用。 信息論與編碼的融閤應用 信息論與編碼並非孤立的理論，它們緊密相連，共同構成瞭現代通信和信息處理的基石。 通信係統的設計：從早期的電話、電報，到如今的互聯網、移動通信，信息論為我們設定瞭通信係統的理論極限，而編碼技術則是實現這些極限性能的手段。通信係統的設計，本質上就是在信息論的指導下，選擇和優化編碼方案，以在給定的信道條件下，實現盡可能高的信息傳輸速率和可靠性。 數據存儲與恢復：硬盤、閃存、光盤等存儲介質都會受到物理損耗和環境乾擾，導緻數據錯誤。糾錯碼的應用，使得我們能夠從受損的數據中恢復原始信息，保證數據的完整性和可用性。例如，DVD的糾錯能力，使得即使光盤錶麵有劃痕，我們仍然能夠正常播放。 多媒體技術的進步：高質量的圖片、音頻、視頻之所以能夠高效傳輸和存儲，離不開信息論中的數據壓縮原理和信源編碼技術。而為瞭保證這些信息在傳輸過程中不失真，信道編碼也扮演著重要的角色。 人工智能與機器學習：在人工智能和機器學習領域，信息論的概念，如熵、互信息等，被廣泛用於特徵選擇、模型評估、信息增益計算等方麵。編碼的思想，也體現在數據錶示、降維等方麵。 結語 信息論與編碼，如同數字世界的隱形翅膀，驅動著我們與信息的互動。它們深邃而精妙，既是理論的智慧結晶，也是實踐的有力支撐。理解這些原理，不僅能幫助我們更深刻地認識信息傳輸的本質，也能為我們理解和參與構建更高效、更可靠的未來信息社會提供堅實的知識基礎。從最簡單的比特信息到浩如煙海的網絡數據，都離不開信息論的度量與壓縮，以及編碼的守護與傳遞。這是一個充滿探索和創新的領域，持續推動著人類社會的進步。

評分☆☆☆☆☆

我之前上過一門關於通信原理的選修課，當時老師用的教材在信道編碼部分處理得比較粗放，很多關於循環冗餘校驗（CRC）和漢明碼的介紹，停留在“如何計算校驗位”的層麵，缺乏對它們糾錯能力的數學解釋。這本新的規劃教材在這方麵展現瞭極高的專業水準。它在介紹漢明距離和最小漢明距離時，清晰地闡明瞭為什麼一個編碼係統可以檢測或糾正特定數量的錯誤。例如，書中通過一個簡單的幾何視角，將不同的碼字視為高維空間中的嚮量，從而直觀地展示瞭碼字之間的“間隔”如何決定瞭其糾錯能力。對於CRC這種在工程中應用極其廣泛的校驗碼，它沒有僅僅給齣生成多項式和除法算法，而是深入探討瞭如何選擇好的生成多項式來保證對特定長度突發錯誤的檢測能力，這讓原本感覺像是“黑箱操作”的校驗過程變得透明且可控，極大地增強瞭我對通信係統可靠性設計的信心。

評分☆☆☆☆☆

作為一本高等院校的規劃教材，它在內容的覆蓋麵上展現齣瞭極強的宏觀視野和對未來技術趨勢的把握。這本書不僅紮實地覆蓋瞭信息論的基礎公理、信源編碼、信道編碼的核心算法，更在最後幾章擴展到瞭對現代通信係統關鍵概念的探討。比如，它對香農-哈特利定理的闡述，不僅僅停留在那個著名的公式上，而是結閤瞭實際的帶寬限製和信噪比條件，討論瞭如何在有限的物理資源下最大化信息傳輸速率，這對於理解5G、Wi-Fi等現代無綫通信係統的設計哲學至關重要。此外，書中對聯閤熵、條件熵以及互信息在多用戶係統中的初步應用也有所提及，這為我後續學習網絡信息論和信息安全打下瞭良好的基礎。與其他教材相比，它展現齣一種平衡的美感：既有足夠的數學深度來支撐理論的嚴謹性，又不失工程應用的廣度和前瞻性，是一本真正能引導學生從理論走嚮前沿研究的優秀工具書。

評分☆☆☆☆☆

這本《信息論與編碼》的教材，對於我這個剛接觸這個領域的工科生來說，簡直是打開瞭一扇全新的大門。初拿到手時，厚厚的書本和密密麻麻的公式著實讓人有點望而生畏，但真正沉下心去讀，纔發現編者在內容的組織上花瞭很多心思。比如在介紹香農熵這個核心概念時，作者沒有急於拋齣復雜的數學定義，而是先從信息的不確定性這一直觀角度切入，通過幾個經典的例子，比如拋硬幣和擲骰子的概率模型，讓讀者對“信息量”有一個模糊而感性的認識，然後再逐步引入對數函數和期望值的精確描述。這種循序漸進的教學方法，極大地降低瞭初學者的入門門檻。尤其值得稱贊的是，書中對於信道容量和信源編碼定理的闡述，邏輯鏈條非常清晰，即便是那些看似抽象的數學推導，配上詳實的圖示說明和工程背景的應用，也變得易於理解和消化。我個人特彆喜歡它在章節末尾設置的“思考與拓展”部分，它們往往不是簡單的習題，而是引導你去思考信息論在現代通信、數據壓縮，甚至人工智能領域中的實際應用潛力，這讓學習不再是死記硬背，而是一種探索未知的過程。整體來看，它更像一位循循善誘的良師，而非冷冰冰的知識堆砌。

評分☆☆☆☆☆

最近為瞭準備一個關於數據壓縮算法的課程設計，我翻閱瞭許多資料，發現市麵上很多教材在介紹霍夫曼編碼時都顯得有些單薄，往往隻是給齣一個構建樹的流程圖就草草收尾瞭。然而，這本教材在這方麵的處理非常到位。它不僅詳細推導瞭霍夫曼編碼的最優前綴性，還對比瞭費諾編碼和算術編碼在信息熵效率上的差異。更絕妙的是，它引入瞭信息論中的“無損壓縮的理論極限”——平均碼長趨近於信源熵的這個結論，並從信息源的獨立同分布假設齣發，一步步論證瞭為什麼霍夫曼編碼能逼近這個極限。這種對算法背後理論支撐的深度挖掘，對於想要深入理解壓縮原理的讀者來說，是極其寶貴的財富。我甚至發現，書中在解釋算術編碼時，用到瞭區間劃分和概率纍積的概念，這對於理解現代高效壓縮算法（如LZMA或JPEG 2000中的部分熵編碼）的思想源頭非常有幫助。它不隻是一本教材，更像一本關於信息效率的“武功秘籍”。

評分☆☆☆☆☆

我手裏拿著的另一本關於數字信號處理的參考書，與我正在研讀的這本理論性較強的教材形成瞭鮮明的對比。那本信號處理的書，內容側重於時域和頻域的變換、濾波器的設計與實現，更偏嚮於工程實踐和算法的快速上手。而眼下這本關於信息論的著作，則像是將通信係統的底層邏輯進行瞭徹底的“手術解剖”。它不滿足於告訴你“如何做”，而是深入探究“為什麼能這麼做”。比如在討論信道編碼時，它並沒有直接跳到大傢耳熟能詳的捲積碼或Turbo碼，而是先花大量篇幅去構建一個理想的噪聲模型，然後從數學上證明齣存在一種理論上最優的編碼方式（雖然可能無法實際構造），這種對理論極限的極緻追求，讓人對信息傳輸的本質有瞭更深刻的敬畏。書中對代數理論的運用，比如有限域上的運算，雖然在初次接觸時略顯晦澀，但通過配套的綫性分組碼和循環碼的實例講解，最終還是能將那些抽象的伽羅瓦域運算與實際的校驗位生成過程聯係起來，這種嚴謹的數學基礎為後續學習更高級的糾錯理論打下瞭無比堅實的地基。