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徐家品著 著

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出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040316001

商品编码：29564868413

包装：平装

出版时间：2011-03-01

基本信息

书名：信息论与编码(高等学校教材)

定价：29.50元

作者：徐家品著

出版社：高等教育出版社

出版日期：2011-03-01

ISBN：9787040316001

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.459kg

编辑推荐

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为适应信息技术发展的新形势，应广大师生的要求，编者结合这些年在教学中的使用情况和科研体会，在已使用6年的《信息论与编码》讲义的基础上编写了本书。徐家品编著的《信息论与编码》共8章，括香农信息论的基本内容及主要结论；压缩编码的基本原理；纠错原理、方法及其在现代通信系统中的应用等内容。在传统内容的基础上充实了信息理论特别是编码技术发展的新成果和应用。内容涵盖了通信中有关信息处理的基本原理和方法。

内容提要

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徐家品编著的《信息论与编码》着重讲授以经典信息论内容为主的信息论基础；信息论的起源、发展及研究的内容；香农信息论的基本概念：信息熵、信道容量和信息率失真函数以及与之对应的定理；解决信息传输系统有效性、可靠性和安全性的三类编码；网络信息论与网络编码。本书围绕信息传输系统这一工程应用背景，特别强调概念阐述清楚、突出重点、深入浅出。逻辑关系上，力求通过建立信息与编码理论的分析方法，在写法上条理清楚，实例丰富翔实，注意循序渐进、难度适中，并注重理论对实际应用的指导作用，引导读者理解信息论与编码的基本方法，培养抽象分析能力和系统工程概念。本书在体系结构上力求科学性、先进性与实用性相统一，内容安排注重体现系统性和相对的完整性。每章后配有习题。《信息论与编码》可作为高等学校通信工程、电子信息工程、信息工程、电子信息科学与技术和信息安全等专业高年级本科生和研究生教材及教学参考书，不同专业可根据不同的学时数在内容上有所取舍。本书也可以作为信息、通信、电子工程相关专业技术人员的参考书。

目录

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章 绪论 1.1 信息的基本概念 1.1.1 信息的一般概念 1.1.2 信息的特点和性质 1.1.3 香农信息的定义 1.2 信息论与编码理论的形成与发展 1.3 信息论与编码理论研究的内容 1.3.1 信息论与编码理论的研究对象 1.3.2 信息论与编码理论的研究范畴第2章 信源及信息测度 2.1 信源的分类及数学模型 2.1.1 信源的分类 2.1.2 单符号离散信源的数学模型 2.1.3 多符号离散信源 2.1.4 连续信源及波形信源 2.2 信息的度量——信息熵 2.2.1 无条件概率、联合概率与条件概率 2.2.2 自信息 2.2.3 互信息 2.2.4 信息熵 2.2.5 各熵之间的关系 2.2.6 信息熵的基本性质及定理 2.2.7 平均互信息及其特性 2.3 多符号离散平稳信源 2.3.1 消息序列的熵 2.3.2 离散平稳信源的数学模型 2.3.3 离散平稳信源的信息熵和极限熵 2.3.4 马尔可夫信源的信息熵 2.4 信源的相关性与冗余度 2.4.1 信源的相关性 2.4.2 冗余度 2.5 连续信源的熵和互信息 习题第3章 离散信道及其信道容量 3.1 信道的分类及其描述 3.2 单符号离散信道的数学模型 3.2.1 单符号离散信道的概念 3.2.2 一般单符号离散信道的一些概率关系 3.3 信道容量及其计算方法 3.3.1 信道容量的定义 3.3.2 无噪离散信道的信道容量 3.3.3 对称离散信道的信道容量 3.3.4 准对称离散信道的信道容量 3.3.5 一般离散信道的信道容量 3.4 多符号离散信道的数学模型 3.5 离散无记忆扩展信道的信道容量 3.6 组合信道及其信道容量 3.6.1 独立并联信道及其信道容量 3.6.2 串联信道及其信道容量 3.7 信源与信道的匹配 习题第4章 无失真信源编码 4.1 信源编码的基本概念 4.1.1 信源编码 4.1.2 信源编码的码字类型及码树 4.2 无失真变长信源编码的特点 4.2.1 定长信源编码定理 4.2.2 变长编码的特点 4.2.3 变长编码存在的问题及应对措施 4.3 信源编码定理 4.3.1 无失真变长信源编码定理 4.3.2 统计匹配码 4.3.3 克拉夫特不等式 4.4 变长编码方法 4.4.1 香农—费诺—埃利斯码 4.4.2 费诺编码 4.4.3 霍夫曼码 4.4.4 游程编码 4.4.5 算术编码 4.4.6 通用编码 习题第5章 信道编码 5.1 信道编码定理 5.1.1 信道与差错 5.1.2 差错概率与译码规则 5.1.3 有噪信道编码定理 5.2 信道编码及其基本原理 5.2.1 信道编码的基本概念 5.2.2 信道编码的基本原理 5.3 线性分组码 5.3.1 线性分组码的基本概念 5.3.2 线性分组码生成矩阵和一致监督矩阵 5.3.3 线性码的检错、纠错能力 5.3.4 汉明码 5.3.5 线性分组码的编码 5.3.6 线性分组码的译码 5.4 循环码 5.4.1 循环码的基本概念 5.4.2 循环码的生成矩阵和监督矩阵 5.4.3 循环码的编码 5.4.4 循环码的译码 5.4.5 自动请求重传方式(ARQ) 5.4.6 循环码的捕错译码和大数逻辑译码 5.4.7 BCH码和RS码 5.5 卷积码 5.5.1 卷积码的编码原理 5.5.2 卷积码的描述 5.5.3 卷积码的编码 5.5.4 维特比译码 5.6 级联码、交织码及TCM码 5.6.1 级联码 5.6.2 交织码 5.6.3 TCM码 5.6.4 前向纠错方式 5.7 Turbo码 5.7.1 Turbo码编码器 5.7.2 Turbo码译码器 5.8 LDPC码 5.8.1 LDPC码的定义及其描述 5.8.2 LDPC码的Tanner图表示 5.8.3 LDPC码的构造 习题第6章 保真度准则下的信源编码 6.1 失真度和平均失真度 6.1.1 失真度 6.1.2 平均失真度 6.2 信息率失真函数及其性质 6.2.1 信息率失真函数 6.2.2 信息率失真函数的性质 6.3 信息率失真函数的参量表述及其计算 6.4 二元信源和离散对称信源的只(d)函数 6.4.1 二元对称信源的R(D)函数 6.4.2 离散对称信源的R(D)函数 6.5 连续信源的信息率失真函数 6.5.1 连续信源的信息率失真函数 6.5.2 高斯信源的信息率失真函数 6.5.3 连续信源R(D)函数的参量表述及其计算 6.6 保真度准则下的信源编码定理 6.6.1 保真度准则下的信源编码定理 6.6.2 限失真信源编码定理的应用 6.7 标量量化编码与矢量量化编码 6.7.1 均匀量化 6.7.2 优量化 6.7.3 矢量量化编码 6.8 语音压缩编码 6.8.1 波形编码基本原理 6.8.2 参量编码 6.8.3 混合编码 6.9 图像压缩编码 6.9.1 静止图像压缩编码及JPEG标准 6.9.2 活动图像压缩编码 6.9.3 H.26x建议 6.9.4 MPEG标准 习题第7章 网络信息论与网络编码初步 7.1 网络信息论概述 7.1.1 网络信息论研究的基本问题及内容 7.1.2 网络信息论的应用 7.2 网络的信道容量 7.2.1 多址系统 7.2.2 广播信道 7.2.3 相关信源的多用户信道问题 7.3 无线信道 7.3.1 信道模型 7.3.2 圆对称复数高斯矢量 7.3.3 MIMO高斯信道容量 7.4 网络编码技术 7.4.1 网络编码的基本原理 7.4.2 线络编码 习题第8章 通信系统的保密与安全 8.1 密码系统和密码体制 8.1.1 密码体制的基本组成 8.1.2 密码编码和密码分析 8.1.3 经典密码体制 8.1.4 安全保密性与性 8.2 对称加密体制 8.2.1 数据加密标准DES 8.2.2 DES密码的演化设计 8.3 公开密钥密码 8.3.1 单钥密码体制存在的问题 8.3.2 公开密钥的一般原理 8.3.3 RSA体制 8.4 认证技术 8.4.1 消息认证系统 8.4.2 消息认证码和消息认证 8.4.3 身份认证 8.4.4 数字 8.5 认证鉴权与加密在通信系统中的应用 8.5.1 GSM系统的认证鉴权与加密 8.5.2 WCDMA系统的认证鉴权与加密 8.5.3 CDMA2000系统的认证鉴权与加密 习题参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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《信息论基础与编码原理》 内容简介： 本书深入探讨了信息论的核心概念及其在现代通信、数据存储与处理等领域的广泛应用。全书共分十八章，从信息熵的概念入手，层层递进，系统地阐述了信息传输的理论极限、信源编码、信道编码以及解码等关键技术。本书旨在为读者提供一个全面而深入的知识体系，使其能够理解信息传输的根本原理，并掌握设计高效可靠的信息系统所需的基本工具和方法。 第一部分：信息论基础 第一章：信息的度量与熵 本章首先引入“信息”这一基本概念，并将其量化。我们将探讨信息量与事件发生概率之间的关系，引出信息熵的概念，它是衡量不确定性或信息量的基本工具。通过一系列生动形象的例子，读者将理解不同概率分布下熵的差异，以及熵在信息源特性分析中的作用。我们将介绍孤立事件的信息量、联合熵、条件熵以及互信息的概念，揭示不同随机变量之间信息量的传递与约束关系。 第二章：信源编码定理 在理解了信息的度量之后，本章将聚焦于如何高效地表示信息。我们将介绍无损信源编码（数据压缩）的基本思想，并深入分析香农第一定理，即信源编码定理。该定理阐述了信源的平均信息量（熵）是其无损压缩的理论极限。我们将详细介绍几种经典的无损信源编码方法，包括霍夫曼编码、算术编码和游程长度编码，并分析它们的编码效率和适用场景。通过这些编码方法的学习，读者将能理解如何在不丢失信息的前提下，减少数据的冗余度。 第三章：信道容量与香农第二定理 本章将视角转向信息的传输过程。我们将引入“信道”的概念，以及描述信道特性的关键参数，如输入字母表、输出字母表和转移概率。在此基础上，我们将定义互信息的概念，并将其推广到信道互信息，作为衡量信道传输信息能力的指标。本书的重中之重是香农第二定理，即信道容量定理。该定理揭示了在给定噪声干扰的信道中，信息传输的理论最大速率。我们将深入剖析信道容量的计算方法，并探讨影响信道容量的因素，如信道带宽、信噪比等。 第四章：信息传输的效率与噪声 本章将进一步深化对信息传输效率的理解。我们将探讨编码效率、传输速率以及信道利用率等概念，分析如何衡量一个通信系统的性能。同时，我们将详细讨论信息在传输过程中面临的各种噪声干扰，包括加性高斯白噪声（AWGN）、衰落信道等，并分析这些噪声对信息传输造成的影响。我们将引入误码率（BER）和信息速率等指标来量化传输的可靠性。 第二部分：编码理论与技术 第五章：线性分组码 本章开始进入信道编码的范畴，旨在通过引入冗余信息来抵抗噪声干扰，提高信息传输的可靠性。我们将介绍线性分组码的基本概念，如码字、码组长度、信息位长度、冗余位长度以及码率。重点讲解生成矩阵和校验矩阵，以及如何利用它们进行码字的生成和差错检测。我们将详细介绍汉明码（Hamming codes），它们是简单但功能强大的纠错码，能够检测和纠正单比特错误。 第六章：卷积码 与分组码不同，卷积码不将输入数据分成独立的块进行编码，而是将输入信息流与一个“窗口”内的先前输入相关联。本章将深入介绍卷积码的编码原理，包括其编码器结构（移位寄存器和模2加法器）以及约束长度的概念。我们将重点讲解Viterbi译码算法，这是一种最优的搜寻码字的算法，能够有效地解码卷积码。 第七章：代数码——有限域基础 为了构建更强大的纠错码，本章将引入抽象代数中的有限域（Galois Field）概念。我们将详细介绍有限域的运算规则，包括加法、乘法、零元、幺元等，并探讨不同阶数的有限域。有限域是许多先进代数码（如BCH码、RS码）的数学基础，理解有限域的性质对于掌握这些编码至关重要。 第八章： BCH码 BCH码是一类非常重要的多重错误纠正码，能够纠正多达t个随机错误。本章将详细介绍BCH码的构造原理，包括其生成多项式的确定方法，以及如何基于有限域的本原多项式来构造。我们将解释BCH码的译码过程，包括伴随式计算、误差定位多项式的求解等，这些过程通常涉及Berlekamp-Massey算法等。 第九章：里德-所罗门码 (RS码) RS码是BCH码的一种特殊情况，它基于符号（而非比特）进行编码和纠错。本章将深入探讨RS码的构造和译码。RS码在实际应用中极为广泛，例如CD/DVD、QR码、通信系统等。我们将重点讲解RS码的生成多项式，以及其译码过程，特别是基于Chien搜索和Bahl-Cocke算法的误差定位方法。 第十章：循环码 循环码是一类特殊的线性分组码，其码字具有循环移位不变的性质。本章将介绍循环码的代数结构，包括其生成多项式和校验多项式，以及它们之间的关系。我们将探讨如何高效地生成和检测循环码的码字，并介绍一些重要的循环码家族，如 BCH码和RS码（它们可以被看作是循环码）。 第十一章：交织技术 交织技术是一种通过重新排列信息比特的顺序来提高编码系统在突发错误信道中的性能的方法。本章将介绍交织的原理，包括行交织、列交织以及块交织等方式。我们将分析交织如何将突发错误分散成独立的随机错误，从而使解码器能够更有效地进行纠错。 第十二章：Turbo码 Turbo码是20世纪90年代中期出现的一种性能卓越的纠错码，其性能接近香农限。本章将深入介绍Turbo码的结构，它通常由两个并行的卷积码和一个交织器组成。我们将重点讲解Turbo码的迭代译码算法，例如BCJR算法的近似应用，以及它们如何通过多次迭代来逐步逼近最优译码。 第十三章：LDPC码 LDPC码（低密度奇偶校验码）是另一类性能非常接近香农限的纠错码，并且在实际应用中越来越受到重视。本章将介绍LDPC码的设计原理，特别是其稀疏校验矩阵的构造方法。我们将重点讲解LDPC码的译码算法，如消息传递算法（Message Passing Algorithm）及其变种，并分析其收敛性能。 第三部分：高级主题与应用 第十四章：信道模型与性能分析 本章将扩展对信道模型的讨论，介绍更复杂的信道模型，如衰落信道（瑞利衰落、莱斯衰落）和多径信道。我们将分析不同信道模型对信息传输性能的影响，并介绍评估和优化通信系统在这些信道下性能的方法。 第十五章：信息论在密码学中的应用 信息论与密码学之间存在深刻的联系。本章将探讨信息论在密码学中的应用，包括秘密共享、信息论安全（information-theoretic security）等概念。我们将解释如何利用信息熵和互信息来分析密码系统的安全强度，以及如何设计信息论安全的加密方案。 第十六章：信息论在机器学习中的应用 信息论的思想和工具在机器学习领域扮演着越来越重要的角色。本章将介绍信息论在机器学习中的应用，例如信息增益（Information Gain）在决策树构建中的作用，互信息用于特征选择，以及KL散度（Kullback-Leibler Divergence）在衡量概率分布差异中的应用。 第十七章：信息论在数据压缩与存储中的应用 除了信源编码，信息论的原理也深刻影响着数据压缩和存储技术。本章将回顾并扩展之前关于无损数据压缩的内容，并介绍有损数据压缩的基本思想。我们将探讨熵编码与字典编码（如LZ系列算法）的结合，以及信息论在设计高效文件格式（如JPEG, MP3）中的作用。 第十八章：未来发展趋势 本章将展望信息论与编码技术未来的发展方向。我们将讨论新兴的编码技术，如极化码（Polar Codes）在5G通信中的应用，以及它们在理论和实践上的突破。此外，我们还将探讨信息论在量子信息、生物信息学等前沿领域的潜在应用。 本书力求理论联系实际，在介绍理论知识的同时，辅以大量的例题和习题，帮助读者巩固所学内容。本书适合通信工程、电子工程、计算机科学等专业的本科生、研究生学习，也可作为相关领域的研究人员和工程技术人员的参考书。通过对本书的学习，读者将能建立扎实的信息论与编码理论基础，为解决信息传输与处理中的实际问题奠定坚实的理论基石。

评分☆☆☆☆☆

我注意到作者在内容的广度和深度上进行了精妙的取舍。一方面，它覆盖了信息论和编码领域的核心经典内容，确保了知识体系的完整性和基础的扎实性；另一方面，它并没有将篇幅浪费在那些已经被新的技术范式取代的过时算法上。对于那些需要快速掌握现代通信和数据压缩技术的人来说，这本书提供了一个高效的学习路径。例如，在讨论信道编码时，它对现代迭代译码的思想给予了足够的篇幅，并且对这些复杂译码过程的收敛性和性能边界进行了清晰的分析，这在一些老旧的教材中是难以找到的深度。这种与时俱进的内容组织，证明了编著者在学术前沿保持着敏锐的洞察力，使得这本书的生命力得以延长，不仅仅是一份历史记录，更是一份实用的现代参考手册。

评分☆☆☆☆☆

这本书最大的优点，体现在它对理论与实践的平衡拿捏得恰到好处。它没有沉溺于纯粹的数学抽象，而是时刻不忘提醒读者，这些优美的数学理论是如何在现实世界的通信和数据存储中发挥作用的。书中穿插了大量的应用案例，比如香农的限度如何在实际系统中被逼近，各种经典编码（如霍夫曼、L-Z、卷积码等）的实际编码过程和效率对比分析，都描述得非常具体。这些案例不是简单地罗列，而是深入到算法的层面，展示了理论是如何转化为可操作的技术细节的。这种“知道是什么”和“知道怎么做”的结合，使得学习过程不再是孤立的公式记忆，而是一种能力的构建。读者在读完一章后，会有一种强烈的冲动去思考如何用这些工具解决具体工程问题，这比单纯通过习题集来检验学习效果要有效得多。

评分☆☆☆☆☆

这本教材的排版和装帧实在令人耳目一新，开本适中，拿在手里感觉很舒服。封面设计简洁大气，透着一股严谨的学术气息，一看就是经过精心打磨的作品。内页纸张质量上乘，印刷清晰，字迹饱满，长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。尤其值得称赞的是，书中的图表绘制得极为精美和准确，复杂的数学公式和逻辑流程图都能够一目了然，这对于理解抽象的理论概念至关重要。很多理工科教材往往在视觉呈现上敷衍了事，但这本教材显然在这方面下了大功夫，足见编者对教学质量的重视程度。每一章的标题和章节结构都安排得井井有条，目录的层次感分明，方便读者快速定位自己需要学习的内容。即便是初次接触这门学科的读者，也能通过清晰的版式设计感受到一种结构化的引导，仿佛有一位经验丰富的导师在旁边耐心梳理着知识脉络。这种对细节的关注，极大地提升了阅读体验，让枯燥的学习过程变得相对愉悦。

评分☆☆☆☆☆

我必须得说，这本书的逻辑推进简直是教科书级别的典范。它不是简单地堆砌公式和定义，而是建立了一个非常稳固且层层递进的知识体系。作者似乎非常懂得如何将复杂的概念“切片”处理，从最基础的概率论和信息度量开始，逐步过渡到信源编码、信道编码，最后触及到一些前沿的研究方向。每一步的衔接都如同精密的齿轮咬合，不会让人产生“为什么突然跳到这里”的困惑。特别是对熵（Entropy）的引入和阐述，它没有急于给出复杂的数学推导，而是先从信息论的哲学层面和实际意义上进行了深入的浅出地剖析，让人立刻能抓住其核心思想。这种由浅入深、注重直觉培养的叙述方式，对于那些基础相对薄弱但求知欲强的学习者来说，无疑是一剂强心针。它成功地避免了许多同行教材中常见的“一步登天”的弊病，真正做到了对初学者友好，对深入研究者也同样具有参考价值。

评分☆☆☆☆☆

阅读体验中，教材后部的附录和习题部分的设计尤其值得称赞。通常教材的习题往往是机械重复的计算，让人倍感乏味。然而，这本教材的习题显然经过了精心设计，它们巧妙地服务于章节的知识点巩固，并且具有一定的启发性。更棒的是，书中似乎还提供了一些拓展阅读的建议或更深层次的思考题，这些内容真正体现了“工具书”的价值，而非仅仅是课堂讲义的简单复制。对于自学者而言，能够从这些引导性的材料中发现下一步的学习方向，是极其宝贵的资源。此外，书后提供的索引也做得非常细致到位，查阅特定术语或公式时，能够迅速定位，这大大提高了复习和查找的效率，体现了出版方对学术工具的尊重。