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信息论与编码-第1章


若 X x1, x2 ,, xn 和 Y y1, y2 ,, ym 两个矢量统计独 立,则
p y j / xi p y j ; p xi / y j p xy 2
, ,
y m

因此,乘法定理为
p xi y j p xi p y j
1.1 信息论的形成与发展



信息论的形成与发展
1952年,Fano和Huffman分别离散信源最佳编码方法 1959年,Shannon, 信源压缩编码理论,“Coding theorem for a discrete source with a fidelity criterion‖(保真度准则下的离散信源编码定理) 1961年,Shannon, ―双路通信信道”,多用户理论 1972年,Cover, 开始对广播信道进行研究
有关“信息”的一些基本概念(4)



1928年,美国数学家Hartley在BSTJ上发表论文“信息传输 ”,文中把信息理解为选择通信符号的方式,并用选择的自 由度来计量信息的大小 1948年,美国数学家Shanoon在BSTJ上发表论文 “A Mathematical Theory of Communication‖,深刻阐述了通信 工程中一系列基本理论问题,但没有给出信息的确切定义 1950年,美国数学家、控制论的主要奠基人Winner在出版 的《控制论与社会》中认为:信息是人与外界相互作用的过 程中所的内容的名称。这一定义未得到人们的认可。后来 Winner自己认识到:“信息既不是物质又不是能量,信息 就是信息”
信息论中的概率论基础

Bayes(贝叶斯)公式 p xi y j p xi / y j , p y j / xi p xi y j
p y j p xi y j , p xi p xi y j 其中 i j 数学期望

i
px y
n m n i 1 m i j 1 n j i 1 i j
p y
j 1
j
/ xi ,
p x y 1
m i 1 j 1 i j
——随机事件的完备性
信息论中的概率论基础

乘法定理
p xi y j p xi p y j / xi p y j p xi / y j
教学参考书
1、唐朝京、雷菁编著《信息论与编码基础》电 子工业出版社2010年版 2、余成波主编《信息论与编码》重庆大学出版 社2002年版 3、Ranjan Bose ―Information Theory, Coding and Cryptography‖机械工业出版社2003年影 印版
第1章 绪论

1.2 通信系统的模型


编码器——信源编码器、信道编码器、保密编码器
①信源编码——对信源输出的消息进行变换和处理 目的——提高信息传输的有效性

②保密编码——目的是保证信息的安全性 ③信道编码——对消息进行的变换和处理 目的——提高信息传输的可靠性
1.2 通信系统的模型

信道——信号从甲地传输到乙地的通道 狭义信道——信号的传输媒质(介)。[例] 明线、电缆、
i j j
p xi y j




若随机变量I(xi)发生的概率分布为p(xi),则该随机变量 I(xi)的统计平均值称为随机变量I(xi)的数学期望,记为
E I ( xi ) p( xi ) I ( xi )
i
信息论中的概率论基础

Jensen(詹森)不等式 对于随机变(向)量 X,若有函数 f(X) 为上凸函数,则
1.2 通信系统的模型
通信系统模型方框图 信 源 编 码
信源
保 密 编 码
信 道 编 码
信道 噪声
信 道 译 码
保 密 译 码
信 源 译 码
信宿

本质——信息的传输系统 目的——把接收方不知道的信息及时、完整、安全、可靠、 经济地传送给指定的接收方
1.2 通信系统的模型

信源——发出载有信息的“消息”的源 (可以是人、生物、机器或其他事物,是 事物各种运动状态或存在状态的集合) 信宿——载有信息的“消息”的接收端 (消息传送的归宿)
1.1 信息论的形成与发展 1.2 通信系统的模型
有关“信息”的一些基本概念(1)


信息时代(Information Age)——德国社会学家R.布 吉顿斯坦对信息时代的定义是:“人们花费在个人交 往和信息交流的时间大大超出了消耗在工业产品生产 上的时间” 信息技术(Information Technology,IT)——凡是能 够用来扩展人的信息功能的技术都是信息技术;有关 数据与信息的应用技术。其内容包括:数据与信息的 采集、表示、处理、安全、传输、交换、显现、管理、 组织、存储、检索等

信息与消息、信号比较 消息是信息的数学载体、信号是信息的 物理载体 信号:具体的、物理的 消息:具体的、非物理的 信息:非具体的、非物理的
1.1 信息论的形成和发展

信息、消息、信号
——信息是抽象的、非物理的,是哲学层表达 ——消息是具体的、非物理的,可描述为语言文字、 符号、数据、图片,能够被感觉到,同时它也是信息 的载荷体。是信息论中主要描述形式 ——信号最具体,它是一物理量,可测量、可显示、 可描述,同时它又是载荷信息的实体,是信息的物理 层表达
信息论与编码
Information Theory and Coding
哈尔滨理工大学
电子信息工程专业
杨广学
2010年7月
课程简介


培养方案:与电路、电子技术、信号与系统、数字信 号处理、通信原理与系统以及单片机原理及应用等课 程同属于必修的学科基础课 本课程特点:本身理论性很强;涉及线性代数、概率 论与随机过程、抽象代数(近世代数)等数学理论 学习方法:课堂-多媒体教学,课后-多看书、写阅读笔 记、多做练习 考核的方式及成绩的评定 :平时成绩30%(作业30%、 实验成绩30%、上课出勤40% )、期末成绩70% 教材:曹雪虹 张宗橙编《信息论与编码(第2版)》, 清华大学出版社,2009年版

1.1 信息论的形成和发展

三大定理
– – –
无失真信源编码定理(Shanoon第一极限定理) 信道编码定理( Shanoon第二极限定理) 限失真信源编定理( Shanoon第三极限定理)

Shannon信息论:在噪声环境下,可靠地、安全地、 有效地传送信息理论 ----狭义信息论
1.1 信息论的形成和发展
信息可以被众多主体所共享 信息可以产生,也可以消失
– –

信息是可以度量的,信息量有多少的差别
1.1 信息论的形成与发展




信息论的发展过程 1924年,H. Nyquist, 信息率与带宽联系 1928年,R.V. Hartley, 引入非统计信息量 1936年,E.H. Armstrong, 带宽与抗干扰能力 1936年,H. Dudley, 发明声码机 40年代初,N. Wiener, ―控制论” 1948年, ―信息论”发展史的里程碑 C.E.Shannon, “ A Mathematical Theory of communication ‖, Bell System Tech., J, vol.27, PP 379-423, July 1948 50年代开始,IRE成立信息论组,出版信息论汇刊
有关“信息”的一些基本概念(2)


信息科学(Information Science)——对获取信息并对 其进行传输、交换、处理、检测、识别、存储、显示 等操作的科学研究 信息论(理论)(Information Theory)——是应用近 代概率统计方法来研究信息传输、交换、存储和处理 的一门学科。是源于通信实践发展起来的一门应用学 科
波导、光纤、无线电波空间等

广义信道——除狭义信道外,还包括通信系统某些部 分

信道噪声——通信系统各处干扰、噪声的集中等效体 现
1.2 通信系统的模型
译码器——编码器功能之反 也分成信源译码器、信道译码器、保密译码器三种 [对通信系统模型的说明] ①对实际通信系统,还应包括换能、调制、发射等各 种变换处理 ②上述模型只针对一对一单向通信系统。还有一对多 单向系统(广播),一对一双向系统(电话),多对 多双向系统(会议电视)等
有关“信息”的一些基本概念(3)



信息(INFORMATION)——信息一词来源于人们的 通信实践活动,在日常生活中,信息是指“消息”、 “情况”、“知识”、“情报”等等 信息是一个十分抽象而又复杂的概念。至今为止,尚 无一个能被普遍认可的定义。因为“信息”是一个非 常高层次的概念 目前比较被人们认同的定义:认识主体(人,生物和 机器)所感知的或所描述的相应事务的运动状态及其 变化方式
有关“信息”的一些基本概念(5)

信息的特征

信息来源于物质,但又不是物质本身,它从物质的运动中产生出来, 又可以脱离源物质而相对独立地存在 信息来源于精神世界,但又不限于精神领域 信息与能量息息相关,但又与能量有本质的区别 信息具有知识的本质,但比知识的内涵更广泛
– – –

信息是具体的,并且可以被信息主体所感知、提取、识别,可以被传 递、存储、变换、处理、显示、检索和利用
f E X E f X
参阅:傅祖芸编著《信息论——基础理论与应用》中, 附录A. p.422
练习题



包装好的玻璃器皿第一次落地摔碎的概率为0.4,若未碎第 二次落地摔碎的概率为0.6,若仍未碎第三次落地摔碎的概 率为0.9,求落地3次打破的概率。 对以往数据分析的结果表明,当机器调整的良好时,产品 的合格率为90%,而当机器发生某一故障时,其合格率为 30%,每天早晨机器开动时,机器调整良好的概率为75% ,试求某日早上第一件产品是合格品时,机器调整的良好 的概率是多少? 甲乙两人进行打靶,甲击中靶心的概率为0.6,击中靶子边 缘的概率为0.3,脱靶的概率为0.1,乙击中靶心的概率为 0.5,击中靶子边缘的概率为0.4,脱靶的概率为0.1,试评 定甲乙二人的成绩好坏。
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