信息論與編碼理論 9787040412109 高等教育齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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辛小龍 著

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• 信息論
• 編碼理論
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• 信息與通信工程
• 理論基礎
• 9787040412109

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齣版社： 高等教育齣版社

ISBN：9787040412109

商品編碼：29422348827

包裝：平裝

齣版時間：2014-11-01

基本信息

書名：信息論與編碼理論

定價：17.00元

作者：辛小龍

齣版社：高等教育齣版社

齣版日期：2014-11-01

ISBN：9787040412109

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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聚焦信息處理的基石：理解信息、傳輸與安全的原理 本書並非直接闡述某一本具體齣版物，而是旨在深入剖析“信息論與編碼理論”這一信息科學領域的兩大核心支柱。我們將從信息最本質的屬性齣發，追溯其度量、傳遞、壓縮以及在噪聲乾擾下的可靠重構的整個過程，揭示現代通信、數據存儲、密碼學等一係列顛覆性技術背後深層的數學和工程原理。 第一篇：信息論——量化信息的科學 在信息爆炸的時代，我們無時無刻不在接觸、生成和消費海量的信息。然而，信息本身到底是什麼？如何對其進行量化和度量？信息論，由偉大的剋勞德·香農奠基，為我們提供瞭一套嚴謹的理論框架來解答這些問題。 信息的度量：信息熵 本書將首先帶領讀者深入理解“信息熵”這一核心概念。我們不再將信息視為抽象的意義，而是將其看作消除不確定性的知識。一個事件發生的概率越低，它所包含的信息量就越大。例如，聽到“太陽明天還會升起”這條信息，其信息量幾乎為零，因為它幾乎是確定的；而聽到“某支球隊贏得世界杯”的消息，其信息量則巨大，因為它伴隨著極大的不確定性。信息熵正是用來量化這種不確定性的平均值。我們將學習如何計算離散隨機變量的信息熵，理解其性質，例如獨立事件的熵等於各自熵之和，以及當概率分布越均勻時，熵越大，代錶不確定性越高。 信源編碼：無損壓縮的藝術 一旦我們能夠量化信息，下一步自然就是如何高效地錶示和存儲這些信息。信源編碼的目標就是利用信息量的差異，對信息進行無損壓縮，使其用更少的比特來錶示，從而節省存儲空間和傳輸帶寬。本書將詳細介紹幾種經典的信源編碼方法： 霍夫曼編碼（Huffman Coding）： 這是一種最優的前綴碼編碼方案。它基於字符（或符號）齣現的頻率，為齣現頻率高的字符分配較短的編碼，為齣現頻率低的字符分配較長的編碼。我們將學習其構建算法，理解為何它能達到理論上的最優性，以及其在文本壓縮、圖像和音頻編碼中的應用。 算術編碼（Arithmetic Coding）： 相比霍夫曼編碼，算術編碼能夠更進一步地接近理論極限。它將整個消息映射到一個範圍在[0, 1)之間的實數。消息越長，所對應的區間就越精細，錶示的精度也就越高。我們將探討其編碼和解碼原理，理解其優於霍夫曼編碼的性能，盡管在實際實現上可能更為復雜。 LZW編碼（Lempel-Ziv-Welch Coding）： 這是一種基於字典的壓縮算法，廣泛應用於GIF、TIFF等圖像格式中。它通過構建一個動態字典來替換重復齣現的字符串序列，從而實現壓縮。我們將分析其工作流程，瞭解其如何動態適應數據特徵。 信道容量：信息傳輸的極限 信息從信源産生後，需要通過一個“信道”傳遞到信宿。然而，現實中的信道並非完美，總是伴隨著噪聲的乾擾，導緻信息在傳輸過程中發生錯誤。信道容量定義瞭在給定的噪聲條件下，能夠可靠傳輸信息的最大速率。這是信息論中最核心、也是最具挑戰性的概念之一。 離散無記憶信道（DMC）與連續信道： 我們將從最簡單的離散無記憶信道（如二元對稱信道BSC）開始，理解互信息（Mutual Information）這一度量信道中信息傳遞能力的指標，以及如何計算離散信道的容量。接著，我們將擴展到更復雜的連續信道，例如高斯白噪聲信道（AWGN），並介紹香農-哈特利定理（Shannon-Hartley Theorem），該定理給齣瞭AWGN信道的容量公式，揭示瞭帶寬和信噪比對容量的影響。 香農極限（Shannon Limit）： 香農極限理論上指齣瞭一個信道所能達到的最大可靠傳輸速率，任何編碼技術都無法突破這個極限。它激勵著通信工程師不斷設計更接近這一極限的編碼方案，推動瞭通信技術的進步。 第二篇：編碼理論——保障信息傳輸的可靠性 信息論告訴我們信息傳輸的極限在哪裏，而編碼理論則緻力於尋找和設計齣在現實條件下的、能夠接近這一極限的編碼方法，以實現可靠的信息傳輸。即使在存在噪聲的信道中，通過巧妙的編碼，我們也能極大地降低錯誤的概率。 糾錯編碼的基本思想：冗餘的智慧 為瞭應對信道噪聲，我們引入“冗餘”（Redundancy）。這意味著我們發送的信息不僅僅是原始的有效信息，還會附加一些額外的校驗信息。這些校驗信息本身不攜帶新的信息，但它們能夠幫助接收端檢測和糾正可能發生的錯誤。本書將深入探討這一“增加冗餘以提高可靠性”的核心思想。 綫性分組碼：代數結構的力量 綫性分組碼是一類非常重要的糾錯碼，它們的編碼和譯碼過程可以用綫性代數來描述。 海明碼（Hamming Codes）： 作為最簡單也是最基礎的綫性分組碼，海明碼能夠檢測高達兩位錯誤，並糾正一位錯誤。我們將詳細介紹海明碼的構造原理，包括校驗矩陣和生成矩陣，以及其譯碼過程（如使用伴隨式）。海明碼在早期計算機內存（ECC內存）和數據通信中有廣泛應用。 循環碼（Cyclic Codes）： 循環碼是綫性分組碼的一個重要子類，其特點是碼字在循環移位後仍然是碼字。這種結構使得它們的編碼和譯碼過程可以通過移位寄存器和多項式運算來實現，效率很高。我們將學習生成多項式、校驗多項式以及其對應的譯碼算法。 BCH碼和RS碼（Reed-Solomon Codes）都是從循環碼發展而來。 BCH碼（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem Codes）： BCH碼是一類能夠糾正多位錯誤的強糾錯碼，具有很高的糾錯能力。其構造基於有限域理論和多項式代數。我們將瞭解其基本原理，雖然深入的數學推導可能非常復雜，但我們會抓住其核心思想和應用場景。 RS碼（Reed-Solomon Codes）： RS碼是BCH碼的一個特例，但其重要性遠超一般BCH碼。它以符號（而非比特）為單位進行糾錯，能夠有效糾正突發錯誤，這在CD、DVD、條形碼、衛星通信和硬盤存儲等領域至關重要。我們將重點介紹RS碼的編碼和譯碼原理，理解其強大的糾錯能力。 捲積碼：時域上的編碼器 與分組碼將固定長度的數據塊進行編碼不同，捲積碼是對數據流進行編碼，其輸齣碼字依賴於當前輸入比特以及之前的一定數量的輸入比特。 編碼器結構： 我們將學習捲積碼的移位寄存器模型，理解編碼器的生成多項式如何決定輸齣碼字。 維特比譯碼（Viterbi Decoding）： 維特比算法是一種最優最大似然譯碼算法，專門用於捲積碼。它利用圖論中的最短路徑算法，在狀態轉移圖中找到最有可能的原始數據序列。我們將深入理解維特比譯碼的原理和流程，它是現代通信係統中不可或缺的重要算法。 現代編碼技術：超越經典 除瞭上述經典編碼，本書還會對一些更先進的編碼技術進行介紹，這些技術在現代通信和數據存儲中扮演著越來越重要的角色。 Turbo碼（Turbo Codes）： Turbo碼是20世紀90年代中期齣現的一類高效糾錯碼，它結閤瞭兩個簡單的捲積碼和一個交織器，通過迭代譯碼的方式，能夠接近香農極限。它極大地提升瞭通信係統的性能，尤其是在低信噪比環境下。 LDPC碼（Low-Density Parity-Check Codes）： LDPC碼是另一類高性能的糾錯碼，其譯碼算法（如消息傳遞算法）具有高效性和可並行性。LDPC碼在Wi-Fi、5G等現代通信標準中得到瞭廣泛應用。 應用與展望 信息論與編碼理論並非僅僅停留在理論層麵，它們是支撐眾多現代科技的關鍵： 通信係統： 從手機通信、無綫網絡到深空探測，信息論提供瞭設計高效、可靠通信係統的理論基礎，編碼理論則保證瞭數據在有損信道上的準確傳輸。 數據存儲： 硬盤、SSD、光盤等存儲介質的可靠性，很大程度上依賴於糾錯編碼技術，確保數據在長期的存儲過程中不丟失、不損壞。 信息安全： 密碼學與編碼理論有著深刻的聯係，編碼技術可以用於構建安全可靠的加密和認證係統。 人工智能與機器學習： 信息熵在決策樹、特徵選擇等算法中扮演著重要角色，而信息論的思想也啓發著新的模型設計。 本書將以嚴謹的數學推導為基礎，輔以清晰的圖示和實例，力求讓讀者透徹理解信息論與編碼理論的精髓。無論是希望深入瞭解通信原理的工程師，還是對信息科學理論感興趣的研究者，抑或是希望拓展知識邊界的愛好者，都能從本書中獲得寶貴的知識和深刻的啓迪，為理解和掌握未來的信息技術打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

我一直對數字信號處理和通信係統有著濃厚的興趣，而信息論和編碼理論無疑是其中的核心基石。我非常期待這本書能夠深入淺齣地講解信息論的基本原理，比如信息熵、條件熵、互信息等概念，以及它們在量化信息和衡量信息傳輸效率方麵的作用。我尤其想瞭解，這些理論是如何指導我們進行數據壓縮和差錯控製的。在編碼理論方麵，我希望能看到關於不同編碼方式的詳細介紹，包括它們的數學原理、編碼和譯碼算法，以及各自的優缺點。例如，綫性分組碼、捲積碼、以及更高級的Turbo碼和LDPC碼，它們是如何在不同的通信場景下發揮作用的。這本書的齣版商是高等教育齣版社，這讓我覺得其內容應該會比較權威和係統，能夠幫助我構建一個紮實的理論基礎。我希望通過閱讀這本書，能夠更好地理解通信係統的設計原理，以及如何提高信息傳輸的效率和可靠性。我期待能夠學習到如何設計和分析各種編碼方案，並將其應用於實際的通信問題中，從而解決我們在數據傳輸和存儲過程中遇到的挑戰。

評分☆☆☆☆☆

這本《信息論與編碼理論》的封麵設計給人一種嚴謹、學術的感覺，這讓我對接下來的閱讀內容充滿瞭期待。我一直對數據傳輸的效率和可靠性非常感興趣，而信息論和編碼理論正是解決這些問題的關鍵。我希望書中能夠詳細介紹信息熵的概念，以及它如何度量信息的“不確定性”。同時，我也很想瞭解，在實際的通信係統中，信息是如何被量化、編碼，然後傳輸的。書中關於信源編碼的部分，我期待能夠看到關於如何利用冗餘去除來實現數據壓縮的詳細講解，比如像哈夫曼編碼、算術編碼等算法的原理和實現細節。這對於我們日常處理大量的數字信息非常有幫助，比如圖片、音頻、視頻的壓縮。另外，我非常關注書中關於信道編碼的部分，它涉及到如何通過增加冗餘來對抗通信過程中的噪聲和乾擾，從而保證數據的可靠傳輸。我希望能看到對綫性分組碼、捲積碼、Turbo碼、LDPC碼等經典編碼方案的深入講解，以及它們在現代通信係統中的應用，例如在4G、5G網絡中的應用。通過這本書，我希望能更深入地理解信息論和編碼理論是如何支撐起現代通信技術的。

評分☆☆☆☆☆

對於我這樣一個對通信技術和計算機科學都有濃厚興趣的人來說，一本關於信息論與編碼理論的專著無疑是極具吸引力的。我尤其關注的是書中是否能夠清晰地勾勒齣信息論的幾個核心概念，比如信息量、熵、互信息等，以及它們之間相互關聯的數學錶達。理解這些基本概念，對於後續深入學習編碼理論是至關重要的。同時，我也希望這本書能夠提供一些關於編碼理論的曆史發展脈絡，讓我瞭解那些裏程碑式的理論突破，以及是誰在其中扮演瞭重要的角色。比如，香農的開創性工作，以及後來的費諾、哈夫曼等人的貢獻。我非常期待書中能夠詳細闡述不同類型的信源編碼和信道編碼，並對其進行比較和分析。例如，信源編碼的目標是去除冗餘，而信道編碼的目標是增加冗餘以對抗噪聲。這兩種目標看似矛盾，但實際應用中卻能夠協同工作，達到最優的通信效果。我希望能在這本書中找到關於如何權衡編碼效率和糾錯能力，以及如何根據不同的應用場景選擇閤適的編碼方案的深入探討。

評分☆☆☆☆☆

不得不說，這本書的開篇確實是讓人眼前一亮。剛翻開沒多久，我就被作者嚴謹的邏輯和清晰的闡述所吸引。它不僅僅是羅列公式和定理，而是試圖構建一個完整的知識體係，讓你能夠理解信息是如何被度量、如何被傳遞，以及如何被保護的。我特彆關注的是書中關於信源編碼的部分，它解釋瞭如何有效地去除數據中的冗餘，從而實現壓縮。這對於我們現在處理海量數據非常有意義。舉個例子，像視頻文件那麼大，如果沒有高效的壓縮技術，存儲和傳輸都會變得非常睏難。這本書應該會詳細介紹各種壓縮算法的原理和應用場景，讓我能更好地理解這些技術是如何實現的。另外，書中對信道編碼的講解也讓我很感興趣。在現實世界的通信過程中，噪聲和乾擾是不可避免的，而糾錯碼就是應對這些問題的關鍵。我希望這本書能夠深入淺齣地講解一些經典的糾錯碼，比如漢明碼、捲積碼、裏德-索羅門碼等等，並說明它們在實際應用中是如何發揮作用的，比如在光盤、衛星通信、移動通信等領域。通過閱讀這本書，我希望能將理論知識與實際應用聯係起來，從而更全麵地認識信息論與編碼理論的價值。

評分☆☆☆☆☆

這本《信息論與編碼理論》真是個挑戰！我一直對數據壓縮和錯誤檢測這些概念很感興趣，覺得它們是現代通信和存儲技術的核心。拿到這本書的時候，我滿懷期待，想著能深入理解那些數學公式背後的原理，瞭解香農為什麼會提齣“信息熵”這個概念，以及它如何量化信息的不確定性。我也很想知道，在實際應用中，例如像DVD、CD這樣的存儲介質，或者像Wi-Fi、藍牙這樣的無綫傳輸，它們是如何利用信息論的原理來高效地編碼和傳輸數據的。這本書的齣版商是高等教育齣版社，這個背景讓我覺得它應該會比較嚴謹，內容也比較係統。封麵設計簡潔明瞭，沒有太多花哨的元素，這讓我覺得這本書的重點更在於內容本身，而不是形式。我希望它能夠詳細地解釋那些復雜的算法，比如哈夫曼編碼、香農-費諾編碼，以及它們在數據壓縮方麵的優勢和局限性。當然，我也期待能夠學習到一些編碼理論的知識，比如糾錯碼，它們是如何在數據傳輸過程中檢測並糾正錯誤的，這樣即使信號受到乾擾，我們也能確保信息的完整性。這本書是否能夠解答我這些關於信息論和編碼理論的疑惑，讓我對這些技術有更深刻的認識，我拭目以待。