了得網自然科學_信息論基礎教程

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本書共8章，繫統地講述了信息論的基本內容。第1章詳細地描述了信息的概念和通信繫統模型，為信息的度量和後續的信息論基本問題的討論打下基礎。第2、3章分別討論信源的信息度量——熵和信道的信息傳輸特性——信道容量的特性與計算問題。第4、6章分別討論信源的無失真編碼和限失真編碼問題。第5章論述信道編碼定理和常用的幾種信道編碼方法。第1～6章為香農信息論基礎理論。第7章簡要介紹了網絡信息理論的一些基本內容。第8章主要介紹信息論在保密學中的應用，論述了數據加密標準（DES）和公開密鑰密碼的原理及其實現，並對信息安全與數字簽名作了介紹。另外，在書後附錄中提供了前6章相應內容的MATLAB仿真源程序，可依據教學需要選擇使用。既可作為課後作業，又可作為單獨的實驗題目。本書可作為高等院校電氣信息類專業本科生教材，也可供從事相關專業的科研和工程技術人員參考。使用本書作為教材時，授課教師可依據實際情況對書中內容進行取舍。

內容簡介

本書繫統地講述了信息論的基本理論，共分8章，內容包括：信息的基本概念及信息度量、信源和信息熵、信道與信道容量、信源編碼和信道編碼定理與常用編碼方法、網絡信息論以及保密通信的信息理論。對於前6章內容在附錄中提供相應內容的MATLAB仿真源程序供教學使用。
本書力求內容精煉、完備、準確，強調掌握信息論的基本理論以及在通信中的指導作用，在不影響內容完整性的前提下省略了部分繁瑣的定理證明，可作為高等院校電氣信息類專業本科生教材，也可供從事相關專業的科研和工程技術人員參考。

前言
第1章緒論
1.1 信息的概念
1.2 信息論研究的內容
1.3 通信繫統模型
1.4 信息論發展簡史和現狀
第2章信源和熵
2.1 信源特性和分類
2.2 離散信源的熵
2.2.1 信息量的定義
2.2.2 熵
2.2.3 條件熵和聯合熵
2.3 熵函數的數學特性
2.4 離散隨機變量之間的互信息前言
第1章緒論
1.1 信息的概念
1.2 信息論研究的內容
1.3 通信繫統模型
1.4 信息論發展簡史和現狀
第2章信源和熵
2.1 信源特性和分類
2.2 離散信源的熵
2.2.1 信息量的定義
2.2.2 熵
2.2.3 條件熵和聯合熵
2.3 熵函數的數學特性
2.4 離散隨機變量之間的互信息
2.4.1 互信息量
2.4.2 條件互信息量和聯合互信息量
2.4.3 平均互信息量
2.5 信息不增性原理
2.6 平穩離散信源
2.6.1 平穩信源的定義
2.6.2 平穩信源的熵
2.6.3 信源的冗餘度
2.7 馬爾可夫信源
2.7.1 馬爾可夫信源的定義
2.7.2 馬爾可夫信源的熵
2.8 連續隨機變量的熵和互信息
2.8.1 連續隨機變量的相對熵和熵
2.8.2 相對熵
2.8.3 熵功率
習題
第3章信道與信道容量
3.1 信道的數學模型和分類
3.2 離散無記憶信道的信道容量
3.2.1 信道容量的定義
3.2.2 離散無噪聲信道
3.2.3 準對稱與對稱離散無記憶信道容量
3.2.4 可逆矩陣信道的信道容量
3.3 信源與信道的匹配
3.4 信道的組合
3.4.1 積信道（獨立並行信道）
3.4.2 和信道（並信道）
3.4.3 輸人並接信道
3.4.4 級聯信道
3.5 時間離散的無記憶連續信道
3.5.1 可加噪聲信道
3.5.2 平均功率受限可加噪聲信道
3.5.3 香農公式
3.5.4 平行可加高斯信道的容量
習題
第4章離散信源的無失真編碼
4.1 編碼器
4.2 等長碼和等長信源編碼定理
4.3 變長碼
4.4 變長信源編碼定理
4.5 變長碼的編碼方法
4.5.1 費諾（Fano）碼
4.5.2 霍夫曼（Huffman）碼
4.5.3 r進制霍夫曼碼
習題
第5章信道編碼
5.1 錯誤概率和譯碼規則
5.2 錯誤概率與編碼方法
5.3 信道編碼定理與逆定理
5.3.1 信道編碼定理
5.3.2 信道編碼定理的逆定理
5.4 常用信道編碼方法
5.4.1 檢錯和糾錯的基本原理
5.4.2 奇偶校驗碼
5.4.3 線性分組碼
5.4.4 漢明碼
5.4.5 循環碼
5.4.6 卷積碼
習題
第6章限失真信源編碼
6.1 引言
6.2 率失真函數的定義
6.2.1 失真函數
6.2.2 率失真函數的定義
6.3 率失真函數的性質
6.4 率失真函數的計算
6.5 連續信源的率失真函數
6.5.1 連續信源的率失真函數及其計算
6.5.2 高斯信源的率失真函數及其計算
6.6 限失真信源編碼定理
6.6.1 信源編碼定理及其逆定理
6.6.2 編碼定理的意義
習題
第7章網絡信息論
7.1 網絡信道分類
7.1.1 多源接入信道
7.1.2 廣播信道
7.1.3 中繼信道
7.1.4 串擾信道
7.1.5 雙向信道
7.1.6 反饋信道
7.1.7 多用戶通信網信道
7.2 相關信源編碼
7.2.1 基本概念
7.2.2 相關信源獨立編碼
7.2.3 相關信源協同編碼
7.3 典型網絡信道
7.3.1 多源接入信道
7.3.2 高斯多源接入信道
7.3.3 中繼信道
7.3.4 廣播信道
7.3.5 反饋信道
習題
第8章保密通信的信息理論
8.1 保密通信基礎知識
8.1.1 保密學的發展史
8.1.2 基本概念
8.2 保密繫統的數學模型
8.2.1 保密通信繫統
8.2.2 密碼學中熵的概念
8.2.3 理想保密性
8.3 數據加密標準（DES）
8.3.1 替代密碼與置換密碼
8.3.2 DES密碼算法
8.3.3 DES密碼的安全性
8.4 國際數據加密算法（IDEA）
8.4.1 算法原理
8.4.2 加密解密過程
8.4.3 算法的安全性
8.5 公鑰加密方法
8.5.1 公鑰密碼體制的基本原理
8.5.2 RSA密碼體制
8.5.3 報文摘要MD5
8.6 信息安全與數字簽名
8.6.1 信息安全的基本概念
8.6.2 數字簽名
習題
附錄
附錄A 信道編碼定理的證明
附錄B MATLAB源程序
參考文獻

在線試讀

第1章緒論
信息論是長期的通信工程實踐與概率論、隨機過程和數理統計這些數學學科相結合而逐步發展起來的一門科學。隨著信息概念的不斷深化，它在科學技術上的重要性早已超越了狹義的通信工程的範疇，在許多領域中日益受到科學工作者們的重視。
本章首先引出信息的概念，進而討論信息論研究的內容、歷史發展與現狀，後介紹了本教材後文的內容結構。
1.1信息的概念
在信息論中，信息是基本、重要的概念。那什麼是信息呢?
信息概念的定義很多，但直到現在，還沒形成完整、明確、為世人所普遍公認的定義。信息是客觀事物狀態和特征的反映，具有形式和內容之分。不同的定義從不同的側面、不同的層次上揭示了信息的特性。通常有三類定義：廣義信息、技術術語信息和統計信息。
廣義信息是將信息的形式和內容等全部包含在內的廣泛意義上的信息。信息是在人類社會互通情報的實踐過程中產生的，人們總能感受到信息的存在，常把“消息”、“情況”、“情報”等認為就是信息，是形式和內容的統一。當人們接到一個電話，或從收音機裡聽到氣像預報，或看了電視裡的新聞之後，就從“消息”中獲得了信息。這種對信息的理解，我們可以把它稱為廣義信息。
技術術語信息是計算機所處理的海量對像，如音頻和視頻數據、文檔資料等，在技術層面上統稱為信息。信息作為技術術語被廣泛使用是在計算機，特別是微處理器得到廣泛應用以後，其特點是把信息的形式或載體與具體包含的內容分離開來。雖然信息形式和內容之間存在著聯繫，但計算機處理的技術角度隻關心信息的形式或載體，不考慮信息的內容。
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