信息论与编码期末考试题----学生复习用1

（一）一、判断题.1.当随机变量和相互独立时，条件熵等于信源熵.（）2.由于构成同一空间的基底不是唯一的，所以不同的基底或生成矩阵有可能生成同一码集.（）3.一般情况下，用变长编码得到的平均码长比定长编码大得多.（）4.只要信息传输率大于信道容量，总存在一种信道编译码，可以以所要求的任意小的误差概率实现可靠的通信.（）5.各码字的长度符合克拉夫特不等式，是唯一可译码存在的充分和必要条件.（）6.连续信源和离散信源的熵都具有非负性.（）7.信源的消息通过信道传输后的误差或失真越大，信宿收到消息后对信源存在的不确定性就越小，获得的信息量就越小.8.汉明码是一种线性分组码.（）9.率失真函数的最小值是.（）10.必然事件和不可能事件的自信息量都是.（）二、填空题1、码的检、纠错能力取决于.2、信源编码的目的是；信道编码的目的是.3、把信息组原封不动地搬到码字前位的码就叫做.4、香农信息论中的三大极限定理是、、.5、设信道的输入与输出随机序列分别为和，则成立的条件..6、对于香农-费诺编码、原始香农-费诺编码和哈夫曼编码，编码方法惟一的是.7、某二元信源，其失真矩阵，则该信源的=.三、计算题.1、某信源发送端有2种符号,；接收端有3种符号，转移概率矩阵为.（1）计算接收端的平均不确定度；（2）计算由于噪声产生的不确定度；（3）计算信道容量以及最佳入口分布.2、一阶马尔可夫信源的状态转移图如右图所示，信源的符号集为.（1）求信源平稳后的概率分布；（2）求此信源的熵；（3）近似地认为此信源为无记忆时，符号的概率分布为平稳分布.求近似信源的熵并与进行比较.3、设码符号为，信源空间为试构造一种三元紧致码.4、设二元线性分组码的生成矩阵为.（1）给出该码的一致校验矩阵，写出所有的陪集首和与之相对应的伴随式；（2）若接收矢量，试计算出其对应的伴随式并按照最小距离译码准则试着对其译码.（二）一、填空题1、信源编码的主要目的是，信道编码的主要目的是。2、信源的剩余度主要来自两个方面，一是，二是。3、三进制信源的最小熵为，最大熵为。4、无失真信源编码的平均码长最小理论极限制为。5、当时，信源与信道达到匹配。6、根据信道特性是否随时间变化，信道可以分为和。7、根据是否允许失真，信源编码可分为和。8、若连续信源输出信号的平均功率为，则输出信号幅度的概率密度是时，信源具有最大熵，其值为值。9、在下面空格中选择填入数学符号“”或“”（1）当X和Y相互独立时，H（XY）H(X)+H(X/Y)H(Y)+H(X)。（2）（3）假设信道输入用X表示，信道输出用Y表示。在无噪有损信道中，H(X/Y)0,H(Y/X)0,I(X;Y)H(X)。二、若连续信源输出的幅度被限定在【2,6】区域内，当输出信号的概率密度是均匀分布时，计算该信源的相对熵，并说明该信源的绝对熵为多少。三、已知信源（1）用霍夫曼编码法编成二进制变长码；（6分）（2）计算平均码长;（4分）（3）计算编码信息率;（2分）（4）计算编码后信息传输率;（2分）（5）计算编码效率。（2分）四、某信源输出A、B、C、D、E五种符号，每一个符号独立出现，出现概率分别为1/8、1/8、1/8、1/2、1/8。如果符号的码元宽度为0.5。计算：（1）信息传输速率。（5分）（2）将这些数据通过一个带宽为B=2000kHz的加性白高斯噪声信道传输，噪声的单边功率谱密度为。试计算正确传输这些数据最少需要的发送功率P。（5分）五、一个一阶马尔可夫信源，转移概率为。(1)画出状态转移图。(4分)(2)计算稳态概率。(4分)(3)计算马尔可夫信源的极限熵。(4分)(4)计算稳态下,及其对应的剩余度。(4分)六、设有扰信道的传输情况分别如图所示。试求这种信道的信道容量。七、设X、Y是两个相互独立的二元随机变量，其取0或1的概率相等。定义另一个二元随机变量Z=XY(一般乘积)。试计算(1)(2)(3)(4);八、设离散无记忆信源的概率空间为，通过干扰信道，信道输出端的接收符号集为，信道传输概率如下图所示。(1)计算信源中事件包含的自信息量；(2)计算信源的信息熵；(3)计算信道疑义度；(4)计算噪声熵；(5)计算收到消息后获得的平均互信息量。《信息论基础》参考答案一、填空题1、信源编码的主要目的是提高有效性，信道编码的主要目的是提高可靠性。2、信源的剩余度主要来自两个方面，一是信源符号间的相关性，二是信源符号的统计不均匀性。3、三进制信源的最小熵为0，最大熵为bit/符号。4、无失真信源编码的平均码长最小理论极限制为信源熵（或H(S)/logr=Hr(S)）。5、当R=C或（信道剩余度为0）时，信源与信道达到匹配。6、根据信道特性是否随时间变化，信道可以分为恒参信道和随参信道。7、根据是否允许失真，信源编码可分为无失真信源编码和限失真信源编码。8、若连续信源输出信号的平均功率为，则输出信号幅度的概率密度是高斯分布或正态分布或时，信源具有最大熵，其值为值。9、在下面空格中选择填入数学符号“”或“”（1）当X和Y相互独立时，H（XY）=H(X)+H(X/Y)=H(Y)+H(X)。（2）（3）假设信道输入用X表示，信道输出用Y表示。在无噪有损信道中，H(X/Y)0,H(Y/X)=0,I(X;Y)H(X)。二、若连续信源输出的幅度被限定在【2,6】区域内，当输出信号的概率密度是均匀分布时，计算该信源的相对熵，并说明该信源的绝对熵为多少。=2bit/自由度该信源的绝对熵为无穷大。三、已知信源（1）用霍夫曼编码法编成二进制变长码；（6分）（2）计算平均码长;（4分）（3）计算编码信息率;（2分）（4）计算编码后信息传输率;（2分）（5）计算编码效率。（2分）（1）编码结果为：（2）（3）（4）其中，（5）四、某信源输出A、B、C、D、E五种符号，每一个符号独立出现，出现概率分别为1/8、1/8、1/8、1/2、1/8。如果符号的码元宽度为0.5。计算：（1）信息传输速率。（2）将这些数据通过一个带宽为B=2000kHz的加性白高斯噪声信道传输，噪声的单边功率谱密度为。试计算正确传输这些数据最少需要的发送功率P。解：（1）（2）五、一个一阶马尔可夫信源，转移概率为。(1)画出状态转移图。(2)计算稳态概率。(3)计算马尔可夫信源的极限熵。(4)计算稳态下,及其对应的剩余度。解：(1)(2)由公式有得(3)该马尔可夫信源的极限熵为：(4)在稳态下：对应的剩余度为六、设有扰信道的传输情况分别如图所示。试求这种信道的信道容量。解：信道传输矩阵如下可以看出这是一个对称信道，L=4,那么信道容量为七、设X、Y是两个相互独立的二元随机变量，其取0或1的概率相等。定义另一个二元随机变量Z=XY(一般乘积)。试计算(1)(2)(3)(4);解：(1)Z01P(Z)3/41/4(2)(3)(4)八、设离散无记忆信源的概率空间为，通过干扰信道，信道输出端的接收符号集为，信道传输概率如下图所示。(6)计算信源中事件包含的自信息量；(7)计算信源的信息熵；(8)计算信道疑义度；(9)计算噪声熵；(10)计算收到消息后获得的平均互信息量。解：(1)(2)(3)转移概率：xyy1y2x15/61/6x23/41/4联合分布：xyy1y2x12/312/154/5x13/201/201/549/6011/601/5(4)(5)(三)1、选择题1、有一离散无记忆信源X，其概率空间为，则其无记忆二次扩展信源的熵H(X2)=()A、1.75比特/符号；B、3.5比特/符号；C、9比特/符号；D、18比特/符号。2、信道转移矩阵为，其中两两不相等，则该信道为A、一一对应的无噪信道B、具有并归性能的无噪信道C、对称信道D、具有扩展性能的无噪信道3、设信道容量为C，下列说法正确的是：（）A、互信息量一定不大于CB、交互熵一定不小于CC、有效信息量一定不大于CD、条件熵一定不大于C4、在串联系统中，有效信息量的值（）A、趋于变大B、趋于变小C、不变D、不确定5、若BSC信道的差错率为P，则其信道容量为：（）A、B、C、D、2、填空题1、(7,4)线性分组码中，接受端收到分组R的位数为____，伴随式S可能的值有____种,差错图案e的长度为，系统生成矩阵Gs为____行的矩阵，系统校验矩阵Hs为____行的矩阵，Gs和Hs满足的关系式是。2、一张1024×512像素的16位彩色BMP图像能包含的最大信息量为。3、香农编码中,概率为的信源符号xi对应的码字Ci的长度Ki应满足不等式。3、设有一个信道，其信道矩阵为，则它是信道（填对称，准对称），其信道容量是比特/信道符号。三、，通过一个干扰信道，接受符号集为，信道转移矩阵为试求（1）H(X),H(Y),H(XY);(2)H(Y|X),H(X|Y);(3)I(Y;X)。(4)该信道的容量C（5）当平均互信息量达到信道容量时，接收端Y的熵H（Y）。计算结果保留小数点后2位,单位为比特/符号。四、简述平均互信息量的物理意义，并写出对应公式。五、假设英文字母表(n=26),密钥k=abc，当明文m=familycome时，使用Vigenere密码算法后得到的密文c=？请写出具体的步骤。六、设有离散无记忆信源，其概率分布如下：对其进行费诺编码，写出编码过程，求出信源熵、平均码长和编码效率。七、信道编码现有生成矩阵1.求对应的系统校验矩阵Hs。2求该码字集合的最小码字距离d、最大检错能力、最大纠错能力tmax。2.填写下面的es表es000000000000010000010000010000010000010000010000010000004.现有接收序列为，求纠错译码输出。5.5.画出该码的编码电路(四)4、简答题1.利用公式介绍无条件熵、条件熵、联合熵和平均互信息量之间的关系。2.简单介绍哈夫曼编码的步骤5、计算题1．某信源含有三个消息，概率分别为p(0)=0.2，p(1)=0.3，p(2)=0.5，失真矩阵为。求Dmax、Dmin和R(Dmax)。2．设对称离散信道矩阵为，求信道容量C。3．有一稳态马尔可夫信源，已知转移概率为p(S1/S1)=2/3，p(S1/S2)=1。求：(1)画出状态转移图和状态转移概率矩阵。(2)求出各状态的稳态概率。(3)求出信源的极限熵。（五）一、填空题（1）1948年，美国数学家发表了题为“通信的数学理论”的长篇论文，从而创立了信息论。（2）必然事件的自信息是。（3）离散平稳无记忆信源X的N次扩展信源的熵等于离散信源X的熵的。（4）对于离散无记忆信源，当信源熵有最大值时，满足条件为___。（5）对于香农编码、费诺编码和霍夫曼编码，编码方法惟一的是。（6）已知某线性分组码的最小汉明距离为3，那么这组码最多能检测出______个码元错误，最多能纠正___个码元错误。（7）设有一离散无记忆平稳信道，其信道容量为C，只要待传送的信息传输率R____C（大于、小于或者等于），则存在一种编码，当输入序列长度n足够大，使译码错误概率任意小。（8）平均错误概率不仅与信道本身的统计特性有关，还与_____________和______有关二、判断题（1）信息就是一种消息。（）（2）信息论研究的主要问题是在通信系统设计中如何实现信息传输、存储和处理的有效性和可靠性。（）（3）概率大的事件自信息量大。（）（4）互信息量可正、可负亦可为零。（）（5）信源剩余度用来衡量信源的相关性程度，信源剩余度大说明信源符号间的依赖关系较小。（）（6）对于固定的信源分布，平均互信息量是信道传递概率的下凸函数。（）（7）非奇异码一定是唯一可译码，唯一可译码不一定是非奇异码。（）（8）信源变长编码的核心问题是寻找紧致码（或最佳码），霍夫曼编码方法构造的是最佳码。（）（9）信息率失真函数R(D)是关于平均失真度D的上凸函数.()3、居住在某地区的女孩中有25%是大学生，在女大学生中有75%是身高1.6米以上的，而女孩中身高1.6米以上的占总数的一半。假如我们得知“身高1.6米以上的某女孩是大学生”的消息，问获得多少信息量？解：设A表示“大学