信息論與編碼(第2版)(高等院校信息與通信工程係列教材) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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曹雪虹，張宗橙著 著

圖書標籤:

• 信息論
• 編碼學
• 通信工程
• 信息與通信
• 高等教育
• 教材
• 第二版
• 理論基礎
• 數字通信
• 信道編碼

店鋪： 廣影圖書專營店

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302192992

商品編碼：29703940629

包裝：平裝

齣版時間：2009-02-01

基本信息

書名:信息論與編碼(第2版)(高等院校信息與通信工程係列教材)

定價：29.00元

售價：19.7元,便宜9.3元,摺扣67

作者:曹雪虹,張宗橙著

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2009-02-01

ISBN：9787302192992

字數：

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版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

普通高等教育“十五”*規劃教材

“十二五”江蘇省高等學校重點教材

信息論與編碼是電子信息類專業的基礎，對於理論研究和工程應用均由重要的指導作用。對於本科生和工程技術人員來說，由於理論基礎的不足以及實際應用的需要，不可能花很多精力去研讀復雜難懂、枯燥乏味的證明，他們迫切需要一本介紹信息論基礎知識且與實際應用緊密聯係的書籍，本書就是齣於這樣的目的編寫的。從多年的銷售數據和讀者的積極反饋來看，本書也起到瞭很好的普及作用。

本書特色：

（1）注重基本概念，用較通俗的文字解釋其物理意義，輔以一定的例題和圖錶說明。不再以復雜的公式來證明這些孰知的公理。

（2）聯係當前實際通信技術，使讀者學習後概念清晰，可以有目標地將概念應用於實際工作中。

（3）配有豐富的教學資源，包括習題、PPT、實驗係統和教學平颱等，可以在清華大學齣版社網站下載。

內容提要

《高等院校信息與通信工程係列教材：信息論與編碼（第2版）》重點介紹由香農理論發展而來的信息論的基本理論以及編碼的理論和實現原理。全書分7章，在介紹瞭有關信息度量的基礎上，重點討論瞭信道容量、率失真函數，以及無失真信源編碼、限失真信源編碼、信道編碼和密碼學中的理論知識及其實現原理。《高等院校信息與通信工程係列教材：信息論與編碼（第2版）》注重概念，采用通俗的文字，聯係目前實際通信係統，用較多的例題和圖不闡述基本概念、基本理論及實現原理，盡量減少繁雜的公式定理證明。在各章的後還附有內容小結和大量習題，書後附有部分習題答案，便於讀者學習，加深對概念和原理的理解。此外，《高等院校信息與通信工程係列教材：信息論與編碼（第2版）》有配套電子教案。

目錄

章　緒論
1.1　信息論的形成和發展
1.2　通信係統的模型
習題

第2章　信源與信息熵
2.1　信源的描述與分類
2.1.1　無記憶信源
2.1.2　有記憶信源
2.1.3　馬爾可夫信源

2.2　離散信源熵和互信息
2.2.1　自信息量
2.2.2　離散信源熵
2.2.3　互信息
2.2.4　數據處理中信息的變化
2.2.5　熵的性質

2.3　離散序列信源熵
2.3.1　離散無記憶信源的序列熵
2.3.2　離散有記憶信源的序列熵

2.4　連續信源熵和互信息
2.4.1　幅度連續的單個符號信源熵
2.4.2　波形信源熵
2.4.3　大熵定理
2.5　冗餘度
本章小結
習題

第3章　信道與信道容量
3.1　信道的基本概念
3.1.1　信道的分類
3.1.2　信道參數
3.1.3　信道容量的定義

3.2　離散單個符號信道及其容量
3.2.1　無乾擾離散信道
3.2.2　對稱DMC信道
3.2.3　準對稱DMC信道
3.2.4　一般DMC信道
3.3　離散序列信道及其容量

3.4　連續信道及其容量
3.4.1　連續單符號加性信道
3.4.2　多維無記憶加性連續信道
3.4.3　限時限頻限功率的加性高斯白噪聲信道
3.5　信源與信道的匹配
本章小結
習題

第4章　信息率失真函數
4.1　平均失真和信息率失真函數
4.1.1　失真函數
4.1.2　平均失真
4.1.3　信息率失真函數R（D）
4.1.4　信息率失真函數的性質
4.1.5　信息率失真函數與信道容量的比較
4.2　離散信源和連續信源的R（D）計算
本章小結
習題

第5章　信源編碼
5.1　編碼的定義
5.2　無失真信源編碼
5.2.1　定長編碼定理
5.2.2　變長編碼定理
5.2.3　佳變長編碼
5.3　限失真信源編碼定理

5.4　常用信源編碼方法簡介
5.4.1　遊程編碼
5.4.2　算術編碼
5.4.3　矢量量化
5.4.4　預測編碼
5.4.5　變換編碼
本章小結
習題
第6章　信道編碼
第7章　加密編碼
附錄　本書所用符號及含義
部分習題參考答案
參考文獻

作者介紹

曹雪虹，南京工程學院副校長，南京郵電大學通信與信息工程學院教授、博士生導師。長期從事信息與通信工程專業的教學和科研工作，開設“信息論基礎”、“編碼理論”、“信息論與編碼”、“數字信號處理”等本科和研究生課程。主持或參加國傢自然科學基金、信息産業部、省自然科學基金等科研項目十餘項，內容包括無綫通信、多媒體傳輸等方麵的理論研究和産品研發。已在國內外學術刊物和會議上發錶學術論文70多篇，其中多篇被SCI/EI/ISTP收錄。主編和參編齣版專著和教材5本，其中主編《信息論與編碼》被列入“十五”*規劃教材，《信息論基礎》被列入“十一五”*規劃教材。《信息論與編碼》已經被全國百餘所高校選用，纍計印刷20餘次，銷售量超過10萬冊。

文摘

序言

信息論與編碼（第2版） （高等院校信息與通信工程係列教材） 簡介 本書是一部深入探討信息論基本原理及其在編碼技術中應用的權威教材。作為高等院校信息與通信工程係列教材的重要組成部分，本書麵嚮信息與通信工程專業的本科生和研究生，旨在構建學生堅實而全麵的理論基礎，並引導他們理解和掌握信息傳輸、處理和存儲的核心概念與方法。本版在保留前版精髓的基礎上，進行瞭內容更新和細節優化，以更貼近當前通信技術發展的脈絡和學術前沿。 核心內容概述 本書的核心在於信息論的基石——信息度量，以及由此延伸齣的信道容量概念。我們將從概率論的視角齣發，引入離散隨機變量和連續隨機變量，並在此基礎上定義信息熵。熵作為衡量不確定性或信息量的基本工具，將貫穿全書的始終。我們將詳細分析熵的各種性質，如非負性、可加性、非綫性以及與其他度量（如聯閤熵、條件熵、互信息）的關係。對不同概率分布下的熵進行計算和分析，例如伯努利分布、二項分布、均勻分布、高斯分布等，將幫助讀者建立直觀的理解。 緊隨其後，我們將深入研究信道的概念。信道是信息傳輸的媒介，其特性直接影響信息的可靠性。本書將詳細介紹離散無記憶信道（DMC）模型，並在此基礎上引齣信道容量。信道容量定義為在給定信道下，能夠可靠傳輸的最大信息速率。這一概念是信息論的靈魂，它指明瞭信息傳輸的理論極限。我們將學習如何計算不同類型DMC的信道容量，例如二元對稱信道（BSC）、二元擦除信道（BEC）等，並理解輸入概率分布對信道容量的影響。此外，對於連續信道，尤其是高斯白噪聲信道（AWGN），我們將推導其信道容量公式（香農-哈特利公式），揭示帶寬、信噪比與容量之間的關係，這對於理解現代通信係統的設計至關重要。 信息論的另一核心組成部分是信源編碼和信道編碼。信源編碼的目標是去除信息中的冗餘，實現數據的壓縮，而信道編碼則是為瞭在傳輸過程中抵抗噪聲乾擾，提高傳輸的可靠性。 在信源編碼部分，本書將重點介紹無損信源編碼和有損信源編碼。對於無損編碼，我們將深入講解香農展開定理，它給齣瞭無損編碼的理論極限——信源熵。在此基礎上，我們將詳細分析一係列經典的無損編碼算法，包括： 變長編碼 (Variable-Length Coding, VLC)： 霍夫曼編碼 (Huffman Coding)：這是最為經典的最優前綴碼編碼方法，本書將詳細闡述其構建算法、編碼和譯碼過程，並證明其最優性。我們將分析霍夫曼編碼在不同概率分布下的性能錶現，以及其實現上的優勢和局限性。 算術編碼 (Arithmetic Coding)：作為比霍夫曼編碼更接近理論極限的編碼方法，算術編碼能夠為整個消息分配一個單一的數值，從而實現更高的壓縮率。本書將詳細解析算術編碼的工作原理，包括編碼和譯碼過程，並討論其在實際應用中的優點和挑戰。 香農-法諾編碼 (Shannon-Fano Coding)：雖然在實際應用中不如霍夫曼編碼廣泛，但香農-法諾編碼也是一種重要的變長編碼方法，本書會對其進行介紹，分析其構建過程及其與霍夫曼編碼的比較。 行程長度編碼 (Run-Length Encoding, RLE)：針對具有連續重復符號的數據，RLE是一種簡單而有效的壓縮方法，本書將介紹其基本原理和應用場景。 字典編碼 (Dictionary Coding)： Lempel-Ziv (LZ) 係列算法：包括LZ77、LZ78、LZW等，這些算法通過構建動態字典來實現高效壓縮，廣泛應用於ZIP、GIF等文件格式。本書將深入解析LZ算法的原理，以及它們如何通過查找重復模式來實現壓縮。 在有損信源編碼方麵，我們將介紹信息論對有損壓縮的理論指導，即率失真理論 (Rate-Distortion Theory)。率失真函數R(D)刻畫瞭為瞭達到失真度D，所需的信息速率的最小值。本書將介紹率失真函數的概念、計算方法，以及它在衡量有損編碼性能中的重要性。在此基礎上，我們將介紹一些典型的有損編碼技術，例如： 量化 (Quantization)：將連續或離散的輸入值映射到有限數量的離散輸齣值。我們將討論均勻量化、非均勻量化（例如PCM、DPCM）、以及更高級的矢量量化（VQ）等。 變換編碼 (Transform Coding)：將信號從時域或空域變換到另一域，然後在變換域進行量化和編碼，以更有效地錶示信號能量。例如，離散餘弦變換（DCT）在JPEG圖像壓縮和MPEG視頻壓縮中發揮著關鍵作用。 預測編碼 (Predictive Coding)：利用信號的局部相關性，對當前樣本進行預測，隻編碼預測誤差。 在信道編碼部分，本書將聚焦於如何通過增加冗餘來抵抗噪聲，提高信息傳輸的可靠性。我們將首先介紹綫性分組碼 (Linear Block Codes)。 基本概念：碼字、碼組、碼率、漢明距離、最小漢明距離、糾錯能力。 構造與譯碼： 校驗矩陣 (Parity Check Matrix) H 和 生成矩陣 (Generator Matrix) G：介紹它們在碼字生成和校驗中的作用，以及它們之間的關係。 係統碼 (Systematic Code)：介紹如何構造和譯碼係統碼。 標準陣列 (Standard Array)：介紹其在軟判決譯碼中的應用。 漢明碼 (Hamming Codes)：作為一種簡單而有效的糾錯碼，漢明碼在本書中將作為典型案例進行詳細介紹，包括其構造、譯碼過程以及糾錯能力。 循環碼 (Cyclic Codes)：介紹其代數結構和生成多項式，以及BCH碼和RS碼等重要碼族的基礎。 BCH碼 (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem Codes)：具有較強的糾錯能力，尤其適用於隨機錯誤。 Reed-Solomon (RS) 碼：在糾正突發錯誤方麵錶現齣色，廣泛應用於CD、DVD、QR碼以及通信係統。 本書還將介紹捲積碼 (Convolutional Codes)。 編碼器模型：移位寄存器、生成多項式。 狀態圖 (State Diagram)、編碼樹 (Trellis Diagram)：介紹如何可視化捲積碼的編碼過程。 譯碼算法： 維特比譯碼 (Viterbi Decoding)：這是最有效的最大似然譯碼算法，本書將詳細闡述其動態規劃原理和實現過程。 序貫譯碼 (Sequential Decoding)：介紹其基本思想和應用。 此外，為瞭更貼近實際應用，本書還會介紹現代編碼理論的若乾重要進展，包括： Turbo碼 (Turbo Codes)：作為第一代軟輸入軟輸齣（SISO）的迭代解碼碼，Turbo碼的齣現極大地推動瞭通信係統性能的提升，逼近瞭香農限。本書將深入分析Turbo碼的結構，包括交織器、並聯捲積碼和SISO譯碼器，以及其迭代解碼過程。 LDPC碼 (Low-Density Parity-Check Codes)：另一類性能優異的SISO碼，LDPC碼在理論和實際應用中都取得瞭巨大成功。本書將介紹LDPC碼的稀疏校驗矩陣結構，以及其高效的迭代解碼算法（如和積算法）。 編碼與調製聯閤設計：探討在信道容量約束下，如何聯閤優化編碼和調製策略以獲得最佳的傳輸性能。 學習方法與預期收獲 本書在內容編排上，由淺入深，邏輯清晰。從基本概念的引入，到理論的深入推導，再到編碼算法的具體實現，力求為讀者提供一個完整的知識體係。每章都配有適當的例題和習題，旨在鞏固所學知識，培養分析和解決問題的能力。 通過學習本書，讀者將能夠： 1. 深刻理解信息論的核心概念：掌握信息熵、聯閤熵、條件熵、互信息等度量信息和不確定性的基本工具，並能將其應用於實際問題分析。 2. 掌握信道容量的計算與意義：理解信息傳輸的理論極限，瞭解帶寬、信噪比等參數對通信係統性能的影響。 3. 熟悉各類信源編碼技術：能夠分析不同壓縮算法的原理和性能，為數據存儲和傳輸提供有效的壓縮方案。 4. 掌握信道編碼的基本原理與主流算法：理解糾錯碼的作用，能夠設計和分析簡單的糾錯碼，並熟悉現代高性能編碼技術如Turbo碼和LDPC碼的原理。 5. 建立紮實的數學基礎：信息論與編碼涉及大量的概率論、綫性代數和離散數學知識，本書的深入學習將有效提升讀者的數學建模與分析能力。 6. 為後續高級課程和研究打下堅實基礎：本書的內容是信號處理、通信係統、信息安全等領域的重要基礎，為讀者進一步深入學習相關領域奠定堅實的基礎。 適用對象 本書適閤於高等院校通信工程、電子工程、計算機科學等相關專業本科生和研究生作為教材使用。同時，也適用於從事通信、信息處理、數據壓縮、糾錯編碼等領域的研究和工程技術人員作為參考書。 總結 《信息論與編碼（第2版）》以其嚴謹的理論體係、清晰的講解脈絡和廣泛的應用視角，緻力於為信息與通信工程領域的莘莘學子和業界同仁提供一本不可或缺的經典教材。通過對本書的學習，讀者將能真正領略信息科學的魅力，並為解決現代通信和信息處理中的復雜問題打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

與其他教材相比，我特彆欣賞它在數學嚴謹性和工程實用性之間找到的那個微妙平衡點。很多理論教材往往過於側重於純數學證明，使得工程背景的讀者望而卻步；而另一些工程導嚮的書籍又可能在理論深度上有所欠缺。但此書似乎在這兩者之間做到瞭取長補短。它在保證數學描述準確無誤的前提下，總是會及時地“拉迴”到實際的通信係統中去，闡述這些理論模型是如何指導現代通信標準和技術實現的。這種雙重視角，讓我這個希望將理論應用於實踐的讀者感到受益匪淺，它提供瞭一個堅實的理論基石，同時指明瞭通往工程應用的道路。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計得相當樸實，深藍色的主色調配上醒目的白色字體，給人一種嚴謹、專業的初步印象。當我第一次翻開它時，首先注意到的是其清晰的排版和閤理的章節結構。作者在引言部分就為讀者勾勒齣瞭一個宏大的知識圖景，讓人對接下來的學習內容充滿期待。它似乎沒有試圖在開篇就拋齣過於晦澀的理論，而是以一種循序漸進的方式，將信息論這個看似抽象的領域逐步具象化。比如，在介紹信源編碼的基礎概念時，作者似乎巧妙地結閤瞭實際應用場景，而不是單純羅列公式，這對於初學者來說無疑是一個巨大的幫助，能讓人快速抓住核心思想，而不是迷失在數學的海洋裏。

評分☆☆☆☆☆

這本書的編撰風格有一種老派的學術魅力，文字雖不花哨，卻字字珠璣，信息密度極高。我發現，在閱讀過程中，我需要經常停下來仔細迴味作者對某個關鍵概念的定義和解釋，因為它往往用最精煉的語言概括瞭大量的思想。這種風格要求讀者必須保持高度的專注，不能走馬觀花。特彆是對於那些已經對信息論有初步瞭解的人來說，這本書提供瞭一個絕佳的“精煉”和“深化”的工具。它不像有些新齣版的教材那樣追求時髦的排版或大量的圖示來分散注意力，而是完全聚焦於知識的內核本身，讀起來感覺非常“實在”。

評分☆☆☆☆☆

作為一個需要經常迴顧和查閱相關資料的研究者，我非常看重一本教材的工具書價值。這本書在這方麵錶現齣色。它的索引係統做得相當完善，關鍵術語和公式都標注得清晰明確，使得快速定位特定知識點變得非常高效。更難能可貴的是，書中的許多結論和定理都有清晰的來源或背景介紹，這為進一步深入研究相關的原始文獻提供瞭很好的指引。它不僅僅是一本學習的教材，更像是一個結構良好的知識庫，在我需要驗證某個特定編碼效率或信息度量定義時，總能迅速從中找到可靠的參考答案，是案頭常備的工具書之一。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度都超齣瞭我的預期，尤其是在處理一些前沿和復雜的編碼技術時，展現齣瞭極高的水準。我記得有幾章深入探討瞭糾錯碼的構造原理和性能分析，講解得非常透徹，每一個定理的推導都邏輯嚴密，環環相扣。作者在選擇例題時也非常用心，既有基礎的驗證性練習，也有需要綜閤運用多個知識點纔能解決的難題，這極大地鍛煉瞭讀者的分析和解決問題的能力。讀完這部分內容，我感覺自己對信道容量的限製以及如何通過編碼手段逼近這個理論極限，有瞭更深層次的理解，不再是停留在錶麵的概念認知上，而是真正理解瞭背後的機製。