信息论与编码习题解答第一章1.一位朋友很不赞成“通信的目的是传送信息”及“消息中未知的成分才算是信息”这些说法。他举例说：我多遍地欣赏梅兰芳大师的同一段表演，百看不厌，大师正在唱的正在表演的使我愉快，将要唱的和表演的我都知道，照你们的说法电视里没给我任何信息，怎么能让我接受呢？请从信息论的角度对此做出解释。（主要从狭义信息论与广义信息论研究的内容去理解和解释）答：从狭义信息论角度，虽然将要表演的内容观众已知，但是每一次演出不可能完全相同。而观众在欣赏的同时也在接受着新的感官和视听享受。从这一角度来说，观众还是可以得到新的信息的。另一种解释可以从广义信息论的角度来分析，它涉及了信息的社会性、实用性等主观因素，同时受知识水平、文化素质的影响。京剧朋友们在欣赏京剧时也因为主观因素而获得了享受，因此属于广义信息论的范畴。2．利用下图（图1.2）所示的通信系统分别传送同样时间（例如十分钟）的重大新闻公告和轻音乐，它们在接收端各方框的输入中所含的信息是否相同，为什么？信源信道信宿信源信道干扰源信源信道编码译码译码编码加密解密解密加密密钥密钥图1.2通信系统的一般框图答：重大新闻是语言，频率为300~3400Hz，而轻音乐的频率为20~20000Hz。同样的时间内轻音乐的采样编码的数据要比语音的数据量大，按码元熵值，音乐的信息量要比新闻大。但是在信宿端，按信息的不确定度，信息量就应分别对待，对于新闻与音乐的信息量大小在广义上说，因人而异。．第二章1．一珍珠养殖场收获240颗外观及重量完全相同的特大珍珠，但不幸被人用外观相同但重量仅有微小差异的假珠换掉1颗。（1）一人随手取出3颗，经测量恰好找出了假珠，问这一事件大约给出了多少比特的信息量；（2）不巧假珠又滑落进去，那人找了许久却未找到，但另一人说他用天平最多6次能找出，结果确是如此，问后一事件给出多少信息量；（3）对上述结果作出解释。解：（1）从240颗珍珠中取3颗，其中恰好有1颗假珠的概率为：239!2C1237!2!?239?P?1/80??3240!3C240/240237!?3!所以，此事件给出的信息量为：I=–logP=log80=6.32(bit)22（2）240颗中含1颗假珠，用天平等分法最多6次即可找到假珠，这是一个必然事件，因此信息量为0。（3）按照Shannon对信息量的定义，只在事件含有不确定成分，才有信息量，并且不确定成分越大，信息量也越大，必然事件则没有信息量。但是从广义信息论的角度，如果那个人不知道用天平二分法找假珠，另一个告诉他这个方法，使他由不知道到知道，也应该含有一定的信息量。5个象素组成，所有象素均独立变化，且每一象素又取10每帧电视图像可以认为是由3?2．128个不同的亮度电平，并设亮度电平等概率出现。问每帧图像含有多少信息量？如果一个广播员在约10000个汉字的字汇中选取1000个字来口述此电视图像，试问广播员描述此图像所广播的信息量是多少（假设汉字字汇是等概率分布，且彼此独立）？若要恰当地描述此图像，广播员在口述中至少需用多少汉字？解：由于每一象素取128个不同的亮度电平，各个亮度电平等概率出现。因此每个亮度电平包含的信息量为I(X)=–lb(1/128)=lb128=7bit/像素每帧图像中像素均是独立变化的，因此每帧图像信源就是离散亮度电平信源的无记忆N次扩展。由此，每帧图像包含的信息量为N56bit/帧?7=2.1?)=NI(X)=3?10XI(10广播员在约10000个汉字中选取字汇来口述此电视图像，各个汉字等概分布，因此每个汉字包含的信息量为I(Y)=–lb(1/10000)=lb1000=13.29bit/字广播员述电视图像是从这个汉字字汇信源中独立地选取1000个字进行描述，因此广播员描述此图像所广播的信息量是N4bit/字?10(Y)=1000?13.29=1.329I(Y)=NIN)，因(X由于口述一个汉字所包含的信息量为I(Y)，而一帧电视图像包含的信息量是I此广播员要恰当地描述此图像，需要的汉字数量为：N610?(X2.1)I510???1.58字13.29)I(Y0：X1,已知3．pp：XP(),1–)p(H)=X(H）求证：1（．（2）求H(p)并作其曲线，解释其含义。（1）证明：H(X)=I(X)+I(X)=–plbp–(1–p)lb(1–p)=H(p)21（2）解：H(p)100.51p该H(p)曲线说明，当0与1等概出现时，即p=0.5时，熵最大。当p由0.5分别趋向于0和1...