信息论与编码（英文版）/高等学校通信工程专业“十二五”规划教材 [Information Theory & Coding] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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梁建武，罗喜英，郭迎 著

图书标签:

• 信息论
• 编码学
• 通信工程
• 信息与通信
• 高等教育
• 教材
• 英文教材
• 通信原理
• 数字通信
• 信号处理

出版社： 中国铁道出版社

ISBN：9787113207700

版次：1

商品编码：12102923

包装：平装

丛书名： 高等学校通信工程专业“十二五”规划教材

外文名称：Information Theory & Coding

开本：16开

出版时间：2015-09-01

用纸：胶版纸

页数：204

字数：319000

正文

内容简介

　　本系列教材拟分为三期，覆盖通信工程专业的专业基础课程和专业核心课程。教材内容覆盖和知识点的取舍本着全面系统、科学合理、注重基础、注重实用、知识宽泛、关注发展的原则，比较完整地构建通信工程专业的课程教材体系。第1期包括以下教材：
　　《信号与系统》、《信息论与编码》、《网络测量》、《现代通信网》、《通信工程导论》、《通信网络安全》、《北斗卫星通信》、《射频通信系统》、《数字图像处理》、《嵌入式通信系统》、《通信原理》、《通信工程应用数学》、《电磁场与电磁波》、《现代通信网络管理》、《微机原理与接口技术》、《微机原理与接口技术实验指导》。
　　本套教材如有不足之处，请各位专家、老师和广大读者不吝指正。希望通过本套教材的不断完善和出版，为我国计算机教育事业的发展和人才培养做出更大贡献。

内页插图

目录

Chapter 1 Introduction
Before it starts， there is something must be known
1．1 What is Information
1．2 What is Information Theory
1．2．1 The Origin and Development of lnformation Theory
1．2．2 The Application and Achievement of Information Theory Methods
1．3 Forma/ion and Development of lnformation Theory
Questions and Exercises
Biography of Claude Elwood Shannon

Chapter 2Basic Concepts of Information Theory Preparation knowledge
2．1 Self-information and conditional self-information
2．1．1 Self-information
2．1．2 ConditionalSelf-information
2．2 Mutualinformation and conditionalmutualinformation
2．3 Source entropy
2：3．1 Introduction of entropy
2．3．2 Mathematics description of source entropy
2．3．3 Conditional entropy
2．3．4 Union entropy
2．3．5 Basic nature and theorem of source entropy
2．4 Averagemutualinformation
2．4． 1Definition
2．4．2 Physics sigriificance of average mutual information
2．4．3 Properties of average mutual Information
2．5 Continuous source
2．5．1 Entropy of the continuous source
2．5．2 Mutualinformation of the continuous random variable
2．6 Multi-marks discrete steady source
2．6．1 Mathematical model and classification of the source
2．6．2 The discrete source without memo
2．6．3 Multi-marks discrete steady source
2．6．4 Source entropy of discrete steady source and linut entropy
2．6．5 The source redundancy and the information difference
2．6．6 Markov information source

Chapter 3 Lossless source coding
3．1 Lossless coder
3．2 Lossless source coding
3．2．1 Fixedlength coding theorem
3．2．2 Unfixedlength source coding
3．3 Lossless source coding theorems
3．3．1 Classification of code and main coding method
3．3．2 Kraft theorem
3．3．3 Lossless unfixed source coding theore
3．4 Pragmatic examples of lossless source coding
3．4．1 Huffmancoding
3．4．2 Shannon coding and Fano coding
3．5 The Lempel-ziv algorithm
3．6 Run length encoding and the PCX format

Chapter 4 Limited distortion source coding
4．1 The start point of limit distortion theory
4．2 Distortion measurement
4．2．1 Distortion function
4．2．2 Average distortion
4．3 Information rate distortion function
4．4 Properties of R（D）
4．4．1 Minimum of D and R（D）
4．4．2 DraxandR（Dmax）
4．4．3 The under convex feature of R（D）
4．4．4 The decreasing feature of R（D）
4．4．5 R（D）is a continuous function of D
4．5 Calculation of R（D）
4．5．1 Calculation of R（D）of binary symmetric source
4．5．2 Calculation of R（D）of Gauss source
4．6 Limited distortion source encoding theorem
……

Chapter 5 Channel Capacity and Channel Coding

Bibliography

前言/序言

　　在社会信息化的进程中，信息已成为社会发展的重要资源，现代通信技术作为信息社会的支柱之一，在社会发展、经济建设方面，起着重要的核心作用。信息的传输与交换的技术即通信技术得到了快速的发展，通信技术是信息科学技术发展迅速并极具活力的一个领域，尤其是数字移动通信、光纤通信、射频通信、Internet网络通信使人们在传递信息和获得信息方面达到了前所未有的便捷程度。通信技术在国民经济各部门和国防工业以及日常生活中得到了广泛的应用，通信产业正在蓬勃发展。随着通信产业的快速发展和通信技术的广泛应用，社会对通信人才的需求在不断增加。通信工程（也作电信工程，旧称远距离通信工程、弱电工程）是电子工程的一个重要分支，电子信息类子专业，同时也是其中一个基础学科。该学科关注的是通信过程中的信息传输和信号处理的原理和应用。本专业学习通信技术、通信系统和通信网等方面的知识，能在通信领域中从事研究、设计、制造、运营及在国民经济各部门和国防工业中从事开发、应用通信技术与设备。
　　社会经济发展不仅对通信工程专业人才有十分强大的需求，同样通信工程专业的建设与发展也对社会经济发展产生重要影响。通信技术发展的国际化，将推动通信技术人才培养的国际化。目前，世界上有3项关于工程教育学历互认的国际性协议，签署时间最早、缔约方最多的是《华盛顿协议》，也是世界范围知名度最高的工程教育国际认证协议。2013年6月19日，在韩国首尔召开的国际工程联盟大会上，《华盛顿协议》全会一致通过接纳中国为该协议签约成员，中国成为该协议组织第21个成员。标志着中国的工程教育与国际接轨。通信工程专业积极采用国际化的标准，吸收先进的理念和质量保障文化，对通信工程教育改革发展、专业建设，进一步提高通信工程教育的国际化水平，持续提升通信工程教育人才培养质量具有重要意义。
　　为此，中南大学信息科学与工程学院启动了通信工程专业的教学改革和课程建设，以及2016版通信工程专业培养方案。与中国铁道出版社在近期联合组织了一系列通信工程专业的教材研讨活动。他们以严谨负责的态度，认真组织教学一线的教师、专家、学者和编辑，共同研讨通信工程专业的教育方法和课程体系，并在总结长期的通信工程专业教学工作的基础上，启动了“高等院校通信工程专业系列教材”的编写工作，成立了高等院校通信工程专业系列教材编委会，由中南大学信息科学与工程学院主管教学的副院长施荣华教授、中南大学信息科学与工程学院电子与通信工程系李宏教授担任主任，邀请国家教学名师、国防科技大学邹逢兴教授担任主审。力图编写一套通信工程专业的知识结构简明完整的、符合工程认证教育的教材，相信可以对全国的高等院校通信工程专业的建设起到很好的促进作用。
　　本系列教材拟分为三期，覆盖通信工程专业的专业基础课程和专业核心课程。教材内容覆盖和知识点的取舍本着全面系统、科学合理、注重基础、注重实用、知识宽泛、关注发展的原则，比较完整地构建通信工程专业的课程教材体系。第一期包括以下教材：
　　《信号与系统》、《信息论与编码》、《网络测量》、《现代通信网》、《通信工程导论》、《通信网络安全》、《北斗卫星通信》、《射频通信系统》、《数字图像处理》、《嵌入式通信系统》、《通信原理》、《通信工程应用数学》、《电磁场与电磁波》、《现代通信网络管理》、《微机原理与接口技术》、《微机原理与接口技术实验指导》。
　　本套教材如有不足之处，请各位专家、老师和广大读者不吝指正。希望通过本套教材的不断完善和出版，为我国计算机教育事业的发展和人才培养做出更大贡献。

信息论与编码（英文版） 高等学校通信工程专业“十二五”规划教材 引言 在飞速发展的现代通信技术浪潮中，信息传输的效率、可靠性以及安全性已成为衡量一个通信系统优劣的关键指标。从无线通信到卫星通信，从数据存储到网络传输，几乎所有的信息处理和传递环节，都离不开深厚的信息论与编码学理论的支撑。本书《信息论与编码（英文版）》正是这样一部旨在系统介绍信息论基本原理及其在现代通信工程中关键编码技术应用的权威教材。作为高等学校通信工程专业“十二五”规划教材，它不仅承载着为国家培养高素质通信人才的使命，更致力于为读者构建坚实的理论基础和广阔的实践视野。 本书的编写，紧密围绕着通信工程专业的核心能力培养需求，将抽象的理论与具体的应用有机结合。在信息论部分，我们深入探讨了信息度量、信源编码、信道容量等核心概念，为理解信息传输的本质奠定了基础。在编码部分，则详细阐述了纠错编码、信源编码、差错控制编码等关键技术，这些技术是实现高效、可靠通信的基石。本书力求在严谨的数学推导与生动的工程实例之间取得平衡，帮助读者不仅理解“是什么”，更能理解“为什么”以及“如何应用”。 本书的结构设计，充分考虑了通信工程专业学生的学习路径和认知规律。从最基本的信息度量单位——比特，到复杂的编码解码算法，层层递进，逻辑清晰。初学者可以循序渐进地掌握基本概念，而有一定基础的读者，则可以深入探索更高级的主题。我们不仅关注理论的深度，更强调其实用性，通过大量的例题和习题，帮助读者巩固所学知识，并初步具备分析和解决实际通信工程问题的能力。 《信息论与编码（英文版）》的出版，对于提升我国通信工程教育的整体水平，促进学术研究和技术创新，具有重要的意义。它将成为广大通信工程专业师生案头的得力助手，也是相关领域研究人员的重要参考。 第一部分：信息论基础 信息论，作为一门研究信息传输、处理和存储的数学理论，为我们理解和量化信息提供了强大的工具。在本部分，我们将从最根本的“信息”概念出发，逐步深入到其数学描述、传输特性以及容量极限。 第一章：信息度量与熵 任何通信系统的起点都是信息的产生和度量。本章将引入“信息量”这一核心概念，并阐述其与事件发生概率之间的关系。我们学习如何用比特（bit）来量化信息，并理解一个事件的发生所带来的不确定性减少程度。 概率与信息量： 学习对数函数在信息量计算中的作用，理解高概率事件信息量低，低概率事件信息量高的直观含义。 熵（Entropy）： 深入探讨信源的熵，这是衡量信源平均信息量的重要指标。我们将分析离散信源的熵定义，理解熵的非负性、对称性以及最大值条件。 联合熵与条件熵： 扩展到多个随机变量的情况，学习联合熵和条件熵的概念。这有助于我们分析多个信源之间的信息关系，以及在已知部分信息的情况下，另一部分信息的剩余不确定性。 信息率（Information Rate）： 结合信源的速率，我们引入信息率的概念，它是单位时间内信源输出的平均信息量。这直接关系到信息传输的效率。 互信息（Mutual Information）： 互信息是衡量两个随机变量之间相互依赖程度的关键指标。它能够量化在一个随机变量已知的情况下，另一个随机变量不确定性的减少程度。我们将学习互信息的性质及其在信道分析中的重要性。 第二章：信道模型与信道容量 信息从信源发出后，需要通过信道进行传输。信道并非理想的传输媒介，它会引入噪声和失真，从而导致信息的丢失或改变。本章将聚焦于信道的数学模型以及衡量信道传输信息能力的极限——信道容量。 离散无记忆信道： 介绍最基本的信道模型，如离散输入离散输出（DIDC）信道。我们将分析其转移概率矩阵，并理解噪声对信息传输的影响。 二元对称信道（BSC）： 以BSC为例，详细讲解信道的转移概率、输入输出概率分布以及条件概率。我们将计算BSC的熵率和互信息。 加性高斯白噪声（AWGN）信道： 引入连续信道的概念，并以AWGN信道为例，探讨连续信道的熵和互信息。 信道容量（Channel Capacity）： 这是信息论的核心概念之一。信道容量定义为信道能够可靠传输的最大信息率。我们将学习如何计算离散信道的容量，理解信道容量与信噪比、带宽等参数的关系。 香农-哈特利定理（Shannon-Hartley Theorem）： 介绍连续信道容量的著名公式，它给出了AWGN信道容量与带宽和信噪比之间的定量关系，是通信系统设计的重要理论依据。 信道编码定理（Channel Coding Theorem）： 香农的伟大贡献之一，它表明只要信息传输速率低于信道容量，就存在一种编码方式，能够实现任意低的错误概率。这将为我们后续的编码章节打下坚实的理论基础。 第二部分：信源编码 信源编码的目标是在尽量不损失信息的前提下，对信源产生的原始数据进行压缩，以减少存储空间或传输带宽。本部分将介绍多种经典的信源编码方法。 第三章：信源编码基础 无损信源编码（Lossless Source Coding）： 强调在编码和解码后，原始信息可以完全恢复。 变长编码（Variable-Length Coding）： 介绍如何为不同出现概率的符号分配不同长度的码字，概率越高的符号分配越短的码字。 前缀码（Prefix Codes）： 学习前缀码的定义及其重要性质，即任意码字都不是另一个码字的前缀。这将保证解码的唯一性。 平均码长与冗余度： 定义平均码长，并计算编码的冗余度，衡量编码的压缩效率。 第四章：经典信源编码方法 霍夫曼编码（Huffman Coding）： 详细讲解霍夫曼编码的构造过程，包括如何构建霍夫曼树，生成最优的前缀码。我们将分析霍夫曼编码的性能，并与其理论极限——信源熵进行比较。 算术编码（Arithmetic Coding）： 介绍算术编码的原理，它将整个消息映射到一个实数区间内，实现更高的编码效率，尤其在符号概率分布不均匀时优势明显。 LZW编码（Lempel-Ziv-Welch Coding）： 介绍这种基于字典的编码算法，它通过识别和替换重复出现的字符串序列来达到压缩的目的。LZW算法在实际应用中非常广泛。 预测编码（Predictive Coding）： 简要介绍预测编码的思想，即利用前面已编码的数据预测当前数据，并只编码预测误差。 第三部分：信道编码 信道编码的主要目的是在信息传输过程中加入冗余，以便在接收端检测和纠正错误，从而提高通信的可靠性。本部分将系统介绍各类重要的信道编码技术。 第五章：信道编码基础 错误检测与纠正： 阐述信道编码的核心任务，即通过增加冗余来识别和修复传输过程中产生的错误。 线性分组码（Linear Block Codes）： 介绍代数结构最简单、研究最深入的一类分组码。我们将学习生成矩阵、校验矩阵，以及如何进行编码和译码。 码字（Codeword）与码重（Weight）： 定义码字和码重，以及汉明距离（Hamming Distance），它是衡量两个码字之间差异程度的重要指标，直接关系到码的纠错能力。 最小汉明距离（Minimum Hamming Distance）： 学习如何通过计算最小汉明距离来确定一个线性分组码的纠错能力。 监督偶性（Parity Check）： 介绍最基本的错误检测机制。 第六章：循环码（Cyclic Codes） 循环码是一类具有特殊代数结构的线性分组码，具有高效的编码和译码算法。 定义与性质： 介绍循环码的生成多项式和性质。 BCH码（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem Codes）： 详细介绍BCH码，它是一类能够纠正多位错误的强大分组码，具有良好的纠错性能。我们将探讨其生成多项式的构造以及译码的基本原理。 里德-所罗门码（Reed-Solomon Codes）： 介绍RS码，它是BCH码的一种特殊形式，在处理突发错误方面表现出色，被广泛应用于CD、DVD、条形码和卫星通信等领域。 第七章：卷积码（Convolutional Codes） 与分组码不同，卷积码对连续输入序列进行编码，其编码过程具有“记忆性”。 编码器结构： 介绍卷积编码器的寄存器模型和生成多项式。 编码输出： 理解卷积码的编码输出与输入序列的关系。 维特比译码算法（Viterbi Decoding Algorithm）： 详细讲解维特比算法，这是求解卷积码最优最大似然译码的最有效算法。我们将通过实例演示维特比算法的搜索过程。 性能分析： 讨论卷积码的误码率性能，以及如何通过码率、约束长度等参数来评估其性能。 第八章：现代编码理论 在传统编码理论的基础上，本章将介绍更为先进和高效的现代编码技术。 Turbo码： 介绍Turbo码的设计思想，它通过迭代解码来逼近香农极限，在较低的信噪比下也能实现极低的误码率，是现代通信系统中的关键技术。 LDPC码（Low-Density Parity-Check Codes）： 介绍LDPC码，它也是一类逼近香农极限的优秀编码，具有良好的并行译码性能，在下一代通信标准中占据重要地位。 LDPC码的构造与译码： 简要介绍LDPC码的稀疏校验矩阵的构造方法，以及其译码算法（如和积算法）。 附录 数学基础回顾： 简要回顾概率论、线性代数等必要数学知识。 常用函数表： 提供一些常用的数学函数值表。 结语 《信息论与编码（英文版）》作为一本深入浅出的教材，旨在为通信工程专业的学生提供扎实的信息论基础和全面的编码技术知识。通过对本书的学习，读者不仅能够理解信息传输的理论极限，掌握从信源压缩到信道纠错的各种关键技术，更能为未来在通信工程领域的深入研究和创新实践奠定坚实的基础。我们希望本书能够激发读者对信息论与编码学的浓厚兴趣，并帮助他们成为信息时代杰出的通信工程师。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样的初学者来说，《信息论与编码》这本书无疑是一个极具挑战但回报丰厚的学习过程。一开始，我确实被书中的一些数学推导和抽象概念弄得有些不知所措，感觉像是置身于一个由符号和公式构成的迷宫。然而，随着阅读的深入，我开始逐渐理解到，正是这些看似复杂的理论，构成了现代通信的基石。书中对熵的概念的阐述，让我重新认识了“信息”本身，不再是简单的文字或声音，而是可以量化、可以传输的物理载体。而信道容量的引入，则为我们理解信息传输的极限提供了一个理论上的标杆。书中的例子虽然有时略显理论化，但它们都指向了信息论在实际应用中的重要性，比如压缩技术、数据存储等。我发现，一旦我能够抓住核心概念，并尝试将其与我熟悉的日常生活中的通信现象联系起来，那些公式和理论就会变得生动起来。这本书的英文原版，其学术深度和理论严谨性，确实让我受益匪浅，尽管阅读起来需要付出更多的努力，但这种努力带来的知识增长是巨大的，它让我看到了通信技术更深层次的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

这本《信息论与编码》让我对通信世界有了全新的认知。在阅读之前，我对信息传输的效率和可靠性总有些模糊的概念，总觉得这是个玄乎其玄的技术。但这本书就像一位循循善诱的老师，把那些复杂的理论掰开了、揉碎了，用清晰易懂的语言和生动形象的比喻，一点点地揭开了信息的面纱。从香农的熵，到信道的容量，再到各种纠错编码的原理，每一个概念都建立在前一个知识点之上，形成了一个逻辑严密的知识体系。我尤其喜欢书中对实际通信系统应用的阐述，比如如何在手机通信、卫星通信甚至数据存储中运用这些理论。书中并没有停留在枯燥的公式推导，而是强调了这些理论的实际意义和指导作用，这让我深切体会到，原来那些我们习以为常的便利通信背后，蕴含着如此深刻的科学原理。阅读过程中，我时常会停下来，思考书中提出的问题，尝试自己去推导，或者将书中的概念与我日常接触到的通信技术联系起来。这种主动学习的方式，让知识不再是死的文字，而是活生生的、能够指导实践的工具。这本书的英文原版，在术语的严谨性和表达的精准性上，的确有着中文译本难以完全传达的韵味，让我更能体会到信息论作为一门严谨的科学学科的魅力。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，《信息论与编码》这本书的价值，不仅仅在于它所包含的知识本身，更在于它所培养的思维方式。它教会了我如何用一种更科学、更量化的方式去理解信息，去分析通信系统的性能。书中对信息熵的定义，让我明白了为什么有些信息传递起来更容易，有些则需要更多的“代价”。而对信道容量的探讨，则让我认识到，任何通信系统都存在着一个理论上的极限，任何优化都必须在这个框架内进行。这本书并非易读，需要读者投入时间和精力去消化吸收，但一旦你掌握了其中的核心思想，你就会发现，看待通信世界的方式会发生根本性的改变。它让我能够理解，为什么我们在发送大量数据时需要压缩，为什么在传输过程中会发生错误，以及如何通过编码来克服这些困难。书中对各种编码方案的介绍，让我看到了人类在克服信息传输障碍方面所做的巨大努力和智慧结晶。英文原版在语言的专业性和逻辑的严密性上，给了我极大的启发，让我能够更深刻地理解信息论和编码技术作为一门科学的精髓。

评分☆☆☆☆☆

我最近在系统性地学习通信原理，而《信息论与编码》这本书绝对是我遇到的一个里程碑。这本书的编排方式非常适合系统学习，从基础概念到高级应用，层层递进，逻辑清晰得令人赞叹。当我还在为复杂的数学公式感到头疼时，书中恰到好处的插图和例子，总能及时地将我拉回现实，帮助我理解抽象的概念。比如，当介绍纠错码的原理时，书中不仅仅是给出了数学模型，还通过模拟实际通信中可能出现的噪声干扰，展示了编码如何神奇地将错误“拉回正轨”，这种直观的演示效果，比单纯的数学证明要深刻得多。我尤其欣赏作者在解释不同编码方案时，对它们的优缺点、适用场景的对比分析。这让我不再对各种编码感到眼花缭乱，而是能够根据实际需求，选择最合适的编码技术。读这本书的过程，就像是在攀登一座知识的高峰，每一步都充满了挑战，但也充满了发现的乐趣。完成一个章节的学习，都会有一种豁然开朗的感觉，对信息传输的底层逻辑有了更深刻的认识。这本书的英文原版，在学术上的严谨性和前沿性上，确实是一流的，这对于希望深入研究通信领域的人来说，是不可多得的资源。

评分☆☆☆☆☆

《信息论与编码》这本书，对于想要在通信工程领域打下坚实基础的学生来说，绝对是不可或缺的一本教材。我特别欣赏它在理论深度和实践应用之间的平衡。作者并没有仅仅停留在抽象的数学描述，而是花了大量的篇幅去解释这些理论是如何在现实世界中发挥作用的。例如，在介绍信道编码时，书中会详细讲解不同纠错码的设计思路，以及它们在降低误码率、提高传输可靠性方面的作用。这让我对手机信号稳定、网络传输顺畅背后的技术有了更清晰的认识。阅读过程中，我常常会思考，如果去掉这些编码技术，我们现在所依赖的通信系统将会是什么样子。这本书不仅仅是关于“是什么”，更是关于“为什么”和“怎么做”。它引导读者去理解信息论和编码技术背后的逻辑和设计哲学。英文原版在表述的准确性和概念的严谨性上，为我提供了极好的学习范本，让我能够更直接地接触到学科最前沿的理论和研究成果。这本书的阅读体验，更像是一场知识的探索之旅，每征服一个知识点，都能感受到自身能力的提升。