信息論與信源編碼理論及應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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劉建成 著

圖書標籤:

• 信息論
• 信源編碼
• 通信原理
• 數據壓縮
• 編碼理論
• 信息安全
• 數字通信
• 模式識彆
• 機器學習
• 信號處理

店鋪： 夜語笙簫圖書專營店

齣版社： 北京郵電大學齣版社有限公司

ISBN：9787563519309

商品編碼：29683025513

包裝：平裝

齣版時間：2010-04-01

基本信息

書名：信息論與信源編碼理論及應用

定價：25.00元

作者：劉建成

齣版社：北京郵電大學齣版社有限公司

齣版日期：2010-04-01

ISBN：9787563519309

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.341kg

編輯推薦

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內容提要

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本書試圖以知識性、研究性、實用性、先進性、綜閤性的內容為主綫，給大傢介紹信息理論和信源編碼這兩個主題。本書分為引論、信息理論和信源編碼三部分，在—第5章中介紹瞭信息理論；第6—第8章闡述瞭信源編碼的基本理論和方法；第9章介紹瞭現代編碼技術的幾種方法。
本書可作為通信、信息工程、計算機類各專業本科生和研究生的教材或參考書，也可供從事電子、信息、通信、計算機、自動化等專業工作的科技人員參考。

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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《信息論與信源編碼理論及應用》 一、 概述：洞悉信息本質，解碼數據奧秘 信息，作為現代社會的核心要素，其價值與日俱增。從文字、圖像、聲音到復雜的科學數據，我們生活在一個信息爆炸的時代。然而，海量的信息並非全然易於理解和利用。如何有效地衡量信息量？如何以最精煉的方式錶示信息？如何在傳輸和存儲過程中最大程度地減少失真和損耗？這些都是信息科學領域的核心問題。《信息論與信源編碼理論及應用》一書，正是為瞭係統地解答這些關鍵性的疑問而誕生。 本書聚焦於信息論這一學科的基石，深入剖析信息的基本屬性、度量方法，並在此基礎上，係統地闡述信源編碼的原理、算法及其廣泛的應用。本書旨在為讀者構建一個堅實的理論框架，使他們能夠從根本上理解信息的本質，掌握對信息進行高效處理和有效利用的強大工具。通過對信息論的深刻理解，我們不僅能夠更好地理解現有信息技術的工作原理，更能為未來的信息科學研究與技術創新奠定堅實的基礎。 二、 核心內容：信息論的基石與信源編碼的藝術 本書的核心內容可以概括為兩大塊：信息論的理論基礎和信源編碼的理論與實踐。 1. 信息論基礎：量化信息，理解不確定性 信息概念的引入與發展： 本書將從信息概念的起源齣發，追溯其在不同學科領域（如通信、統計學、計算機科學）中的發展脈絡。我們將探討信息不僅僅是數據的堆砌，更重要的是其所承載的“意料之外”的程度，即其“新穎性”和“不確定性”。 熵（Entropy）：信息量的度量： 熵是信息論中最核心的概念之一。本書將詳細介紹如何定義和計算離散隨機變量的熵，並解釋熵的物理意義——它代錶瞭隨機變量的不確定性程度，也象徵著平均而言需要多少信息量纔能完全確定該變量的值。我們將深入探討其性質，例如非負性、加法性、以及當隨機變量取值確定時熵為零的特性。 聯閤熵、條件熵與互信息：揭示變量間的關係： 離開瞭獨立性，信息論的威力將大打摺扣。本書將引入聯閤熵（Joint Entropy），用於衡量兩個或多個隨機變量聯閤分布的不確定性。在此基礎上，我們將探討條件熵（Conditional Entropy），它描述瞭一個隨機變量在已知另一個隨機變量的情況下，其自身的不確定性降低瞭多少。而互信息（Mutual Information）則是本書的另一重要章節，它量化瞭兩個隨機變量之間共享的信息量，是衡量它們之間統計依賴程度的關鍵指標。通過對互信息的深入理解，我們可以洞察變量之間的關聯程度，為數據分析和特徵選擇提供理論指導。 KL散度（Kullback-Leibler Divergence）：衡量概率分布的差異： 在機器學習和模式識彆等領域，我們經常需要比較兩個概率分布的相似性。KL散度（又稱相對熵）正是解決這一問題的利器。本書將詳細介紹KL散度的定義、性質，並闡述它在模型比較、信息檢索等方麵的應用，盡管它不是一個嚴格意義上的距離度量。 信道容量（Channel Capacity）：信息傳輸的極限： 在通信係統中，信道容量定義瞭在給定噪聲乾擾下，一個通信信道能夠可靠傳輸信息的最大速率。本書將從信息論的角度齣發，深入分析高斯白噪聲信道等典型信道的容量公式，並探討如何通過編碼技術逼近信道容量，從而實現高效可靠的通信。 2. 信源編碼理論：壓縮信息，高效存儲與傳輸 信源編碼，顧名思義，是對信息源産生的信息進行編碼，其主要目標是減少信息的冗餘度，從而達到數據壓縮的目的。這在數據存儲、網絡傳輸、多媒體處理等領域具有至關重要的作用。 編碼的基本概念與目標： 本書將從最基礎的概念齣發，介紹編碼的類型（如無損編碼與有損編碼），以及信源編碼的主要目標：數據壓縮，即用更少的比特數錶示原始信息，同時盡量保留信息的關鍵內容。 無損信源編碼： 變長編碼（Variable-Length Coding）： 這是最直觀的無損壓縮方法之一。本書將詳細講解霍夫曼編碼（Huffman Coding）的原理，包括如何根據符號齣現的概率構建最優二叉樹，以及如何根據樹生成變長碼字。我們將分析霍夫曼編碼的優越性，並探討其在文本壓縮（如DEFLATE算法中的一部分）等領域的應用。 算術編碼（Arithmetic Coding）： 相較於霍夫曼編碼，算術編碼能更有效地逼近理論最優編碼。本書將詳細介紹算術編碼的編碼和解碼過程，闡述其如何將整個消息映射到一個實數區間內的單個數值，從而實現更高的壓縮比。我們將分析其理論優勢和實際應用中的挑戰。 行程長度編碼（Run-Length Encoding, RLE）： 對於包含大量連續重復符號的數據，RLE是一種非常有效的壓縮方法。本書將介紹RLE的基本原理，即用一個計數值和一個符號值來錶示連續齣現的相同符號，並探討其在圖像（如BMP格式）和某些文本文件中的應用。 字典式編碼（Dictionary-Based Coding）： 這類編碼方法的核心思想是構建一個字典，將重復齣現的數據序列映射到字典中的一個短代碼。本書將重點介紹LZ係列算法，包括LZ77和LZ78，以及它們的重要變體如LZW（Lempel-Ziv-Welch）。我們將深入剖析這些算法的工作原理，並展示它們如何在ZIP、PNG等常見壓縮格式中發揮關鍵作用。 有損信源編碼： 有損編碼的基本原理： 當信息可以容忍一定程度的失真而又不影響其關鍵信息時，有損編碼可以實現更高的壓縮比。本書將解釋有損編碼的核心思想：去除人眼或人耳不敏感的冗餘信息，或者將信息映射到更緊湊的錶示空間。 變換編碼（Transform Coding）： 本書將介紹基於變換的壓縮方法，如離散餘弦變換（DCT）和離散小波變換（DWT）。我們將解釋這些變換如何將數據從時域或空域轉換到頻域或小波域，使得能量集中在少數幾個係數上，從而便於量化和去除不重要的係數。DCT在JPEG圖像壓縮中的核心作用將是重點講解內容。 量化（Quantization）： 量化是將連續的或離散的數值映射到一組有限的離散值。本書將詳細介紹均勻量化和非均勻量化，並探討量化誤差的産生及其對壓縮性能的影響。 預測編碼（Predictive Coding）： 預測編碼利用數據序列的統計特性，預測下一個數據點的值，然後隻編碼預測誤差。本書將介紹綫性預測編碼（LPC）等技術，並分析其在語音編碼（如MP3、AAC中的基礎）中的應用。 感知編碼（Perceptual Coding）： 針對人類感知係統的特性，去除人耳聽不到或人眼看不到的信息，是實現高壓縮比的關鍵。本書將介紹感知模型，以及如何在音頻（如MP3、AAC）和視頻（如H.264、H.265）編碼中利用這些模型進行優化。 三、 應用領域：從信息傳輸到智慧生活的無限可能 信源編碼理論的強大生命力體現在其廣泛的應用領域，幾乎滲透到現代信息技術的各個角落。 通信係統： 在無綫通信（如4G、5G）、衛星通信、光縴通信等領域，信源編碼是實現高效可靠信息傳輸的關鍵技術。通過對語音、圖像、視頻等信息進行有效壓縮，可以顯著提高信道利用率，降低通信成本，並提升用戶體驗。 數據存儲： 無論是個人電腦的硬盤、雲存儲，還是移動設備的存儲卡，數據壓縮技術都能幫助用戶存儲更多的文件，減少存儲空間的占用。ZIP、RAR等壓縮軟件便是其最直接的應用。 多媒體處理： 圖像、音頻、視頻的存儲和傳輸是多媒體應用的核心。JPEG、PNG、GIF等圖像格式，MP3、AAC、FLAC等音頻格式，以及H.264、H.265、AV1等視頻編碼標準，都離不開信源編碼理論的支持。本書將詳細解析這些標準背後的編碼原理。 大數據與人工智能： 在大數據分析和機器學習領域，原始數據的規模往往非常龐大。有效的信源編碼技術可以用於數據的預處理和特徵提取，降低模型的訓練和推理成本，提高算法的效率。例如，在自然語言處理中，對文本進行高效編碼可以加速模型的訓練。 科學計算與模擬： 許多科學研究需要處理和存儲大量的模擬數據，例如氣象預報、基因測序、粒子物理實驗等。信源編碼技術有助於在保證數據精度的前提下，減小數據存儲量，加快數據傳輸速度。 物聯網（IoT）： 物聯網設備通常具有有限的計算能力和帶寬。對傳感器采集到的數據進行高效的信源編碼，是實現低功耗、低帶寬通信的關鍵，能夠顯著延長設備的使用壽命並降低網絡負擔。 信息安全： 雖然本書主要關注信息壓縮，但信源編碼的概念與信息加密也有一定的關聯。瞭解信息的冗餘度有助於更好地理解信息安全的重要性，並為設計更高效的加密算法提供思路。 四、 學習本書的收獲：成為信息時代的駕馭者 通過深入學習《信息論與信源編碼理論及應用》，讀者將能夠： 建立紮實的理論基礎： 深刻理解信息論的核心概念，掌握信息量、熵、互信息等關鍵度量，並能將其應用於實際問題分析。 掌握核心編碼算法： 熟練掌握霍夫曼編碼、算術編碼、LZ係列編碼等經典的無損壓縮算法，並理解其原理和優劣。 理解現代壓縮標準： 深入瞭解JPEG、MP3、H.264等主流多媒體編碼標準背後的信源編碼技術，能夠分析其設計思路和性能錶現。 解決實際工程問題： 能夠根據具體應用場景，選擇和設計閤適的信源編碼方案，以實現高效的數據壓縮，降低存儲和傳輸成本。 站在技術前沿： 具備理解和參與信息科學領域前沿研究的能力，為未來信息技術的發展貢獻力量。 本書不僅是一本理論著作，更是一本實用的技術指南。它將帶領您穿越信息科學的宏偉殿堂，揭示數據壓縮背後的精妙算法，讓您在信息爆炸的時代，真正掌握信息的駕馭能力。無論您是計算機科學、通信工程、電子工程、數據科學領域的學生、研究人員，還是對信息技術充滿熱情的工程師和開發者，《信息論與信源編碼理論及應用》都將是您不可或缺的寶貴財富。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構安排非常精妙，完全不是那種東拼西湊的論文閤集。我特彆欣賞它在章節銜接上所下的功夫，每一個新的理論分支似乎都是前一個知識點自然而然的延伸和深化。舉個例子，在講解完概率模型構建之後，緊接著就引入瞭信息熵的概念，這種遞進關係使得學習過程中的“頓悟感”非常強烈。很多時候，當我還在思考某個數學推導的意義時，下一頁的文字就已經給齣瞭直觀的解釋，仿佛作者能預知讀者的睏惑。對於我這種喜歡從應用反推理論的讀者來說，書中穿插的那些工程案例簡直是雪中送炭。它讓我清楚地看到，那些抽象的數學工具是如何在實際的通信係統中發揮巨大作用的，而不是停留在紙麵上的空中樓閣。這本書絕對是那種需要反復研讀的工具書，不是讀完就束之高閣的快餐讀物。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感覺，與其說是一本教科書，不如說是一份詳盡的智力探險地圖。它沒有預設你必須具備多麼深厚的背景知識，而是用一種近乎邀請的姿態，邀請讀者一同探索信息世界的奧秘。我尤其喜歡書中那種嚴謹又不失活潑的論證風格。在處理一些涉及極限和收斂性的證明時，作者並沒有采用那種冷冰冰的堆砌，而是通過一係列邏輯小步驟，讓證明過程本身也成為瞭一種理解的路徑。此外，書中對各種編碼方案（比如霍夫曼、算術編碼等）的對比分析做得非常到位，不僅僅是算法的羅列，更深入剖析瞭它們在不同場景下的性能權衡。這種深度分析讓我在麵對實際的係統設計問題時，能夠做齣更有根據的判斷。對於追求知識的完整性和實用性的讀者來說，這本書的價值是無可替代的。

評分☆☆☆☆☆

這部書名聽起來就相當硬核，但實際閱讀體驗卻齣乎我的意料。我一開始還擔心會陷入一堆枯燥的數學公式裏無法自拔，畢竟“信息論”這三個字在很多人心裏都有點嚇人。不過，作者的敘述方式非常注重邏輯的連貫性，從最基礎的概念講起，循序漸進地搭建起整個理論框架。尤其在介紹一些關鍵定理時，不僅僅是給齣公式，更會結閤一些生動的例子來闡釋其背後的物理意義和實際應用場景。這讓我這個初學者也能相對輕鬆地抓住問題的核心。它不像某些教材那樣隻是知識的堆砌，而是更像一位經驗豐富的導師，耐心地引導你一步步深入。我對其中關於信源編碼效率的論述印象深刻，它清晰地揭示瞭如何在信息傳輸過程中實現最優的壓縮，這對於理解現代數據存儲和網絡傳輸的底層邏輯至關重要。整體來說，這本書在理論深度和可讀性之間找到瞭一個非常巧妙的平衡點。

評分☆☆☆☆☆

我接觸過不少關於信息科學的專業書籍，但坦白說，很多要麼過於注重數學證明的嚴謹性而犧牲瞭直觀性，要麼就是為瞭通俗化而對理論深度做瞭太多妥協。這本書卻成功地駕馭瞭這種二元對立。它的語言風格帶著一種冷靜而精確的美感，每一個術語的引入都經過瞭深思熟慮。閱讀過程中，我能感受到作者對這個領域的深刻理解和尊重，他沒有試圖簡化復雜性，而是教會讀者如何去駕馭這種復雜性。特彆是它對“信源編碼”在實際係統中的局限性和改進方嚮的探討，展現瞭遠超一般教材的前瞻性視野。它不僅僅是在教授已有的知識體係，更是在引導讀者去思考信息傳輸的未來可能性。讀完之後，我對信息壓縮技術的認識提升到瞭一個全新的維度，不再滿足於僅僅知道“能用”，而是開始探究“為何如此高效”。

評分☆☆☆☆☆

我個人對這種偏理論深度的書籍通常抱有警惕心，生怕自己跟不上節奏。然而，這本書成功地維持瞭我的閱讀熱情，這歸功於其齣色的章節組織和概念清晰度。它沒有采用那種瀑布式的知識傾瀉，而是更像搭建瞭一個多層次的知識平颱，你可以根據自己的理解程度，選擇深入鑽研某個模塊，或者先進行宏觀的把握。我最欣賞的一點是，書中對“信息”這個概念的哲學層麵的探討也保持瞭應有的剋製和精準，沒有陷入玄學的泥潭，而是始終錨定在可量化、可計算的數學框架內。它提供瞭一種看待世界、理解數據流動的全新視角，使得原本感覺很“虛”的信息科學變得具體而可操作。讀完後，我感覺自己像是獲得瞭一把解開現代數字世界許多謎團的鑰匙。