信息論與編碼（第3版）/“十二五”普通高等教育本科國傢級規劃教材 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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內容簡介

　　本書為“十二五”普通高等教育本科國傢級規劃教材。本書係統介紹和論述瞭信息的基本概念；信息論的起源、發展及研究內容；香農信息論的三個基本概念：信源熵、信道容量和信息率失真函數，以及與這三個概念相對應的三個編碼定理；解決通信係統有效性、可靠性和安全性的三類編碼：信源編碼、信道編碼和安全編碼――密碼的基本方法，以及密碼安全性與信息論的關係等內容。為瞭便於教學和讀者自學，每章後麵都附有習題。

作者簡介

　　陳運，電子科技大學通信與信息工程學院教授，主要從事信息論、信息安全等方麵的教學、科研等工作，主持編寫瞭國傢十一五、十二五規劃教材

目錄

第1章 概論 （1）
1．1 信息的概念和分類 （1）
1．1．1 信息的概念 （1）
1．1．2 信息的分類 （4）
1．2 信息論的起源和發展 （4）
1．2．1 信息論創立的理論基礎和
技術條件 （4）
1．2．2 信息論的誕生和發展現狀 （5）
1．2．3 信息論的未來發展趨勢 （6）
1．3 信息論的研究內容 （7）
1．3．1 通信係統模型 （7）
1．3．2 信息論研究內容 （7）
思考題 （8）
第2章 離散信源熵 （9）
2．1 基本概念 （9）
2．2 離散信源熵的基本概念和性質 （9）
2．2．1 單符號離散信源的數學模型 （10）
2．2．2 自信息量及其性質 （10）
2．2．3 信源熵及其性質 （13）
2．3 多符號離散平穩信源熵 （19）
2．3．1 多符號離散平穩信源的
數學模型 （19）
2．3．2 離散平穩無記憶信源熵 （20）
2．3．3 離散平穩有記憶信源熵 （22）
2．3．4 馬爾可夫信源的極限熵 （25）
2．3．5 冗餘度、自然語信源及
信息變差 （29）
習題 （31）
第3章 無失真離散信源編碼 （33）
3．1 基本概念 （33）
3．2 離散無失真信源編碼定理 （33）
3．2．1 定長編碼定理 （34）
3．2．2 變長編碼定理 （35）
3．2．3 碼字唯一可譯條件 （36）
3．3 香農編碼 （38）
3．4 費諾編碼 （39）
3．5 赫夫曼編碼 （40）
3．6 遊程組閤編碼 （44）
習題 （47）
第4章 離散信道容量 （49）
4．1 互信息量和平均互信息量 （49）
4．1．1 單符號離散信道的數學模型 （49）
4．1．2 互信息量及其性質 （49）
4．1．3 平均互信息量及其性質 （52）
4．1．4 各種熵之間的關係 （62）
4．2 單符號離散信道的信道容量 （63）
4．2．1 單符號離散信道容量定義 （63）
4．2．2 幾種特殊離散信道的信道容量 （64）
4．2．3 離散信道容量的一般計算方法 （69）
4．3 多符號離散信道的信道容量 （71）
4．3．1 多符號離散信道的數學模型 （71）
4．3．2 多符號離散信道容量定義 （72）
4．3．3 離散無記憶擴展信道的信道
容量 （73）
4．3．4 獨立並聯信道的信道容量 （75）
4．4 網絡信息論 （76）
4．4．1 多址接入信道的信道容量 （77）
4．4．2 廣播信道的信道容量 （79）
4．4．3 相關信源的邊信息和公信息 （80）
習題 （82）
第5章 糾錯編碼 （85）
5．1 糾錯編碼的基本概念 （85）
5．1．1 差錯控製係統模型及分類 （85）
5．1．2 糾錯編碼分類 （86）
5．1．3 譯碼準則 （87）
5．1．4 信道編碼定理 （88）
5．2 綫性分組碼 （88）
5．2．1 綫性分組碼的基本概念 （88）
5．2．2 綫性分組碼的編碼 （88）
5．2．3 綫性分組碼的譯碼 （89）
5．2．4 典型碼例 （92）
5．3 循環碼 （95）
5．3．1 循環碼的基本概念 （95）
5．3．2 循環碼的描述 （96）
5．3．3 循環碼的伴隨多項式與檢錯 （101）
5．3．4 BCH碼與RS碼 （102）
5．4 捲積碼 （104）
5．4．1 捲積碼的矩陣描述 （104）
5．4．2 捲積碼的多項式描述 （107）
5．4．3 捲積碼的狀態轉移圖與
柵格描述 （109）
5．4．4 維特比(Viterbi)譯碼算法 （112）
習題 （117）
第6章 連續信源熵和信道容量 （121）
6．1 連續信源熵 （121）
6．1．1 連續信源熵的定義 （121）
6．1．2 幾種特殊連續信源的信源熵 （123）
6．1．3 連續信源熵的性質和定理 （125）
6．2 熵功率 （129）
6．3 連續信道的信道容量 （131）
6．3．1 連續信道的數學模型及信道
容量定義 （131）
6．3．2 加性連續信道容量計算和
香農公式 （131）
習題 （133）
第7章 信息率失真函數 （135）
7．1 基本概念 （135）
7．1．1 失真函數與平均失真度 （136）
7．1．2 信息率失真函數的定義 （139）
7．1．3 信息率失真函數的性質 （140）
7．2 離散信源信息率失真函數 （143）
7．2．1 離散信源信息率失真函數的
參量錶達式 （144）
7．2．2 二元及等概率離散信源的信息率
失真函數 （146）
7．3 連續信源信息率失真函數 （150）
7．3．1 連續信源信息率失真函數的
參量錶達式 （150）
7．3．2 高斯信源的信息率失真函數 （151）







7．4 信息價值 （154）
7．5 信道容量與信息率失真
函數的比較 （157）
習題 （157）
第8章 限失真信源編碼 （159）
8．1 基本概念 （159）
8．2 保真度準則下的信源編碼定理 （159）
8．3 量化編碼 （160）
8．3．1 最佳標量量化編碼 （160）
8．3．2 矢量量化編碼 （164）
8．4 相關信源編碼 （167）
8．4．1 預測編碼 （167）
8．4．2 差值編碼 （169）
8．5 變換編碼 （172）
8．5．1 子帶編碼 （172）
8．5．2 小波變換 （173）
習題 （175）
第9章 密碼安全性的信息論測度
方法 （177）
9．1 基本知識 （177）
9．1．1 保密通信係統模型 （177）
9．1．2 密碼基本概念 （178）
9．2 密碼算法的安全性測度 （178）
9．2．1 完善保密性 （179）
9．2．2 唯一解距離 （180）
9．3 古典代替密碼的安全性分析 （180）
9．3．1 加法密碼的安全性分析 （181）
9．3．2 乘法密碼的安全性分析 （183）
9．3．3 仿射密碼的安全性分析 （185）
9．4 邊信息泄露的互信息分析 （186）
9．4．1 數據加密標準簡介 （186）
9．4．2 DES算法的邊信道安全性分析 （188）
習題 （191）
參考文獻

前言/序言

　　1948年，美國科學傢香農(C. E. Shannon)在通信理論的研究中獨闢蹊徑，抓住通信信號隨機性的本質，提齣用隨機樣本概率的對數度量有效通信量，並發錶瞭題為“通信的數學理論”的劃時代學術論文，從而創立瞭信息論。67年，在人類曆史的長河中十分短暫，但信息論對人類社會發展和科學技術進步的巨大貢獻卻是用語言無法形容的。它不僅奠定瞭電子信息科學各學科和技術領域的理論基礎，也早已滲透到經濟管理、語言、藝術、人文社會科學領域，其影響之深、之遠、之廣超乎想象，堪稱20世紀最偉大的貢獻之一。
　　信息論的問世催生瞭許多新興的學科和技術，各學科和技術的不斷交叉、融閤又産生瞭許多新的問題，反過來促進信息科學理論的研究和深化。科技人員對信息要素的深入挖掘使得新型應用層齣不窮，進一步催化瞭新興技術的迅速生長：可視化技術、虛擬技術、網絡技術、智能技術、3D打印技術、可穿戴技術、邊信道攻擊技術、腦認知技術、物聯網……以前的科幻已經或正在變成現實。所有的變化都離不開信息科學與技術。
　　生活在現代的人們也盡情享受著信息科學與技術的眾多成果：裝上“微信”軟件，你可以同遠在天邊的親朋好友聊天；應用移動支付産品，你可以隨時隨地購買任何需要的物品；有瞭智能傢居係統，你可以遠程控製電子廚房在你下班到傢之前準備好美味的飯菜；接入遠程醫療係統，你可以請地球對麵的醫療專傢為你診病；在建立瞭智慧交通係統的城市，你可以更安全、更便捷地齣行……顯而易見，信息科學技術已與人們的工作和生活息息相關。
　　信息科學與技術像一株參天大樹，早已枝繁葉茂，但仍在生命周期的初始，迸發齣勃勃生機。這株大樹利用發達的根係吸收各學科和技術的營養，在信息科學的主乾中融匯，不斷生發齣新的技術分支，綿延不息地開花結果。例如20世紀末問世的邊信道攻擊技術，利用時間、功耗、電磁輻射等“邊信息”泄露破解經過嚴格理論證明和實驗驗證為“安全”的密碼算法，震驚瞭國際密碼學界。究其原因，發現實乃信息的運動要素被挖掘並利用的結果。這些令人耳目一新的科技成果的不斷湧現，展現齣信息科學與技術的無窮魅力。
　　信息論作為信息科學與技術的理論基礎，理所當然是高等學校電子信息類及相關專業的必修課。
　　本書第1版2002年齣版，2006年被遴選為普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材；第2版2007年齣版，2012年被遴選為“十二五”普通高等教育本科國傢級規劃教材。
　　本教材齣版十多年來，收到來自國內數十所院校師生的電子郵件和信函，就書中的有關問題進行交流，或對本書提齣建議和批評。作者在此感謝國內廣大讀者對本書的關注和厚愛！
　　沒想到一本小眾化的教材會有幾百所學校使用，欣慰之餘也感到無形的壓力。早該修訂的第3版一直沒完成，實在愧對讀者！
　　在教學實踐中我們發現，先理論、後應用的闆塊式講解方法與當代學生心理和認知規律有較大差彆。一方麵，現代學生對枯燥的數學和理論有普遍的恐懼心理，理論知識過於集中，學生難以消化，也很快會對課程失去興趣；另一方麵，理論知識和應用方法相隔較遠，往往在介紹應用方法之前，學過的理論知識已經被遺忘。為瞭解決該問題，我們重新構架瞭教材結構，變集中式講解為分布式講解，即圍繞知識點，先介紹與該知識點相關的部分數學基礎，馬上用其進行理論證明和性質推導，緊接著講解相關的應用方法。然後圍繞下一個知識點重復上述三個過程直至完成所有知識點的介紹。我們稱這種教學方法為“三明治”教法，在教學實踐中取得瞭明顯的效果。
　　這次的第3版教材秉承瞭前兩版深入淺齣、通俗易懂的寫作傳統，更正瞭第2版中的錯誤疏漏，為使本書更符閤認知規律，參照艾賓浩斯遺忘麯綫，並吸收瞭“三明治”教法，對書的章節按照“數學基礎—概念和原理—方法”的順序進行瞭大幅度改動，使知識點在各章中適當分散和平衡，同時將概念和方法相近的知識點銜接得更緊密，便於讀者更輕鬆地掌握本書知識。此外，增加瞭通信係統模型的描述，對部分信源編碼方法的描述方式進行瞭修訂，對信道編碼基本概念和應用方法之間的邏輯關係進行瞭適當梳理和重新描述並進行瞭內容的增刪，重新編寫瞭有關密碼學的內容，著重介紹信息論與密碼算法安全性之間的關聯關係。
　　本書第1、6、7、9章由電子科技大學陳運教授編寫；第2、4章由陳運和鄭州輕工業學院陳新教授聯閤編寫；第3章由陳新編寫；第8章8.1～8.2節由陳運教授編寫，8.3～8.5節由電子科技大學陳偉建副教授編寫；第5章5.1節由陳運教授編寫，5.2～5.4節由陳運在電子科技大學周亮教授第2版內容基礎上修改。全書由陳運教授統稿。
　　各高校可根據所開課的專業和要求選擇全部章節或部分章節進行教學，研究生層次的教學除本教材外，還可選用配套網站上的大量學習材料補充教學內容。其中第2、3章，4、5章，7、8章分彆是香農信息論信源熵、信道容量和信息率失真函數三個基本概念及其對應的三種編碼應用。注重應用的專業和學校可選第1、2、3、5章進行教學，計算機和信息安全專業的學生需要學習第9章內容。通信專業的學生可以全選，不關注連續信源和信道的，可以跳過第6章和7.3節及7.4節的內容。
　　為瞭方便教學，第3版配套的多媒體課件和部分習題答案或題解將隨後修改，免費提供給使用本教材授課的教師，授課教師可登錄華信教育資源網注冊後下載；課程網頁也將隨後修改。
　　編著者在此特彆感謝陳俊副教授、萬武南副教授、索望講師、陳艾東副教授。張從璽、硃冰、劉鶴、許森等十多名研究生先後參與瞭第2版之後的課件製作，網頁和網上題庫開發，習題解答以及錄入等相關工作，在此一並錶示感謝！
　　由於時間和編著者的知識水平所限，書中錯誤疏漏之處在所難免，熱忱希望廣大讀者批評指正。
　　編著者
　　2015年11月於成都

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