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| 編輯推薦： |
1. 引入了“信道安全编码”的内容，介绍了信息论中安全性的度量指标、理论模型、常用的安全编码方法等问题。
2. 除香农经典信息论外，增加了“网络编码”的内容。
3. 从第2章起，每章中增加了“应用实例”小节。
4. 在形式上充分利用了现代教材的建设手段，精心制作了31个教学视频与动画。
5. 可以配合中国大学MOOC上本团队的“信息理论与编码”线上课程使用。
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| 內容簡介： |
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信息论与编码是运用概率论与数理统计的方法研究信息、信息熵、通信系统、数据传输、数据压缩等问题的应用学科理论，是电子通信类专业重要的学科基础课。本书介绍香农信息论的基本内容：信息的度量方法、信源编码（无失真信源编码和限失真信源编码）及信道编码（纠错编码、安全编码和网络编码）的基本理论与方法。为方便学生理解，本书对重点、难点进行了数字化处理与演示；为培养学生解决实际问题的能力，在每章中引入了理论联系实际的内容。 本书可配合中国大学MOOC上的“信息理论与编码”线上课程使用，也可作为相关专业学生的配套教材。
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| 關於作者： |
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张可，博士，武汉理工大学信息工程学院副教授，长期从事通信工程领域的教学与研究工作，发表论文多篇，获得武汉理工大学校第九届青年教师教学比赛三等奖。
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| 目錄：
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目 录
第1章 绪论 1
1.1 信息的定义 1
1.2 本课程的主要研究内容 2
1.3 信息论与编码的发展历程及相关应用 6
1.3.1 信息论与编码的发展 6
1.3.2 信息论与编码技术的交叉应用 8
习题 10
第2章 信源与熵 11
2.1 信息与信源的关系 11
2.1.1 信源与随机变量 11
2.1.2 通信模型中的信源 12
2.2 香农熵及其特性 13
2.2.1 熵的来源 13
2.2.2 香农熵 14
2.2.3 香农熵的含义 15
2.2.4 香农熵的特性 17
2.3 联合熵与条件熵 20
2.3.1 联合分布与联合熵 20
2.3.2 条件熵 21
2.3.3 各类信源熵的关系 21
2.4 平均互信息量 22
2.4.1 平均互信息量及其计算 22
2.4.2 平均互信息量的性质 24
2.4.3 熵及平均互信息量之间的关系 25
2.5 各类信源熵的扩展 25
2.5.1 离散无记忆扩展信源的信息熵 25
2.5.2 离散平稳信源的信息熵 26
2.5.3 连续信源的信息熵 28
2.5.4 马尔可夫信源的信息熵 35
2.6 应用实例 38
2.6.1 信源信息传播因素分析 38
2.6.2 智能变电站通信网络的广义信源 38
本章基本概念 39
习题 41
第3章 信道及其容量 44
3.1 信道的分类及模型 44
3.1.1 信道的分类 44
3.1.2 信道的模型描述 46
3.1.3 离散信道的数学模型 47
3.2 信道的平均互信息量 48
3.2.1 信道的疑义度 48
3.2.2 信道的散布度 50
3.2.3 信道的平均互信息量 51
3.2.4 信道的平均条件互信息量 52
3.3 平均互信息量的特性 52
3.4 信道容量及其一般计算方法 54
3.4.1 信道容量的定义 54
3.4.2 离散无噪信道的信道容量 56
3.4.3 对称离散信道的信道容量 59
3.4.4 准对称信道的信道容量 62
3.4.5 Kuhn-Tucker定理及一般离散信道的信道容量 64
3.4.6 信道容量的迭代算法 68
3.5 连续信道及其信道容量 69
3.5.1 连续信道的数学模型 69
3.5.2 连续信道的平均互信息量及其特性 70
3.5.3 高斯加性噪声信道的信道容量 71
3.5.4 一般加性噪声信道的信道容量及其边界 74
3.6 波形信道及其信道容量 75
3.6.1 波形信道的平均互信息量 75
3.6.2 加性噪声波形信道的信道容量 76
3.7 扩展信道及其信道容量 79
3.7.1 扩展信道的数学模型 79
3.7.2 扩展信道的平均互信息量和信道容量 80
3.8 组合信道及其信道容量 82
3.8.1 串联信道 82
3.8.2 独立并联信道 84
3.9 信源与信道的匹配 84
3.10 应用实例 85
本章基本概念 86
习题 89
第4章 无失真信源编码 92
4.1 信源编码的基本概念 93
4.2 编码的可译性 96
4.2.1 常见码及其可译性 96
4.2.2 码树与克拉夫特不等式 98
4.2.3 可译码的判断方法 100
4.3 离散无记忆信源的渐近等分性 102
4.3.1 典型序列 102
4.3.2 渐近等分性 102
4.3.3 离散无记忆信源序列集的划分 103
4.4 定长编码 104
4.4.1 定长编码的基本约束 104
4.4.2 定长编码定理 104
4.5 变长编码定理 108
4.6 无失真信源编码方法 110
4.6.1 霍夫曼编码 111
4.6.2 费诺编码 116
4.6.3 香农编码 117
4.6.4 游程编码 119
4.6.5 算术编码 120
4.6.6 字典编码 123
4.7 应用实例 131
4.7.1 MH编码 131
4.7.2 Zip和Gzip软件 134
4.7.3 RAR和WinRAR软件 135
4.7.4 GIF图像 136
4.7.5 PNG图像 136
本章基本概念 139
习题 140
第5章 信道纠错编码 143
5.1 纠错编译码的基本原理 143
5.1.1 纠错编译码方法 143
5.1.2 平均差错率及译码规则 145
5.1.3 分组码举例 149
5.2 有噪信道编码定理 151
5.2.1 有噪打字机举例 151
5.2.2 定理讨论 153
5.2.3 有噪信道编码逆定理 153
5.3 线性分组码 154
5.3.1 线性分组码编码 154
5.3.2 伴随式与标准阵列译码 158
5.3.3 码的小汉明距离与检纠错能力 159
5.3.4 标准阵列及译码方法 160
5.3.5 完备码 164
5.4 应用实例 165
5.4.1 模拟移动系统中数字信令的BCH编码 166
5.4.2 深空通信中的信道编码 166
5.4.3 GSM的信道编码 166
5.4.4 窄带CDMA系统（IS-95）中的前向纠错编码 166
5.4.5 3G通信中Turbo码 166
5.4.6 5G通信中的信道编码 167
本章基本概念 167
习题 169
第6章 限失真信源编码 171
6.1 失真测度 172
6.2 信息率失真函数及其性质 173
6.2.1 信息率失真函数的定义 173
6.2.2 信息率失真函数R(D)的性质 174
6.3 限失真信源编码定理 178
6.4 离散信源信息率失真函数的计算 178
6.4.1 离散信源信息率失真函数的参量表示计算方法 178
6.4.2 离散信源信息率失真函数的迭代计算方法 187
6.5 连续信源的信息率失真函数 190
6.5.1 连续信源信息率失真函数的参量表达式 190
6.5.2 高斯信源的信息率失真函数 191
6.6 图像信源限失真编码举例 193
6.6.1 JPEG基本系统简介 193
6.6.2 JPEG编码过程示例 196
6.6.3 JPEG编码率失真性能曲线的绘制 198
6.7 信息率失真函数的应用及应用中的困难 200
本章基本概念 201
习题 202
第7章 信道安全编码 203
7.1 网络模型与安全服务功能 204
7.1.1 开放系统互连参考模型 204
7.1.2 安全分层原则 205
7.1.3 安全服务功能 205
7.2 香农的安全编码思想 207
7.2.1 加密系统的信息论分析 208
7.2.2 信息论安全技术 210
7.2.3 有噪信道的安全通信 211
7.2.4 完全保密、强保密和弱保密 212
7.2.5 信道的安全编码与传统加密体制的对比 214
7.3 搭线窃听信道 215
7.3.1 普通搭线窃听信道模型 215
7.3.2 退化搭线窃听信道模型 216
7.3.3 高斯搭线窃听信道 218
7.3.4 关于搭线窃听信道的几点说明 219
7.4 安全编码方法 219
7.4.1 Wyner的安全编码思想 220
7.4.2 伴随编码机制 222
本章基本概念 225
习题 226
第8章 网络编码 227
8.1 网络编码基础 227
8.1.1 蝴蝶网络 227
8.1.2 网络编码的核心思想 229
8.1.3 线性网络编码 229
8.2 网络编码应用 229
8.2.1 网络编码与无线通信 229
8.2.2 网络编码与分布式存储 230
本章基本概念 233
习题 234
附录A 部分定理的证明 235
参考文献 241
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| 內容試閱：
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前 言
信息论与编码是关于信息的本质和传输规律的科学理论，是人们在通信工程的长期实践中，通过通信技术与概率论、随机过程和数理统计逐步发展起来的学科，它在保证信息的高效、可靠、安全传输方面发挥着重要作用。
1948年香农发表的科学论文《通信的数学理论》标志了信息论作为一门全新、独立的学科的诞生。信息论是研究信息、信息熵、通信系统、数据传输、数据压缩等问题的应用学科理论，是电子通信类专业重要的学科基础课。
学者们在信息论基础上进行了大量的研究和应用，而大多数现有的教材仅包含经典理论知识，对近年来的科学研究新成果鲜有涉及。本书的编写团队在长期从事信息论相关领域的研究的基础上，将国内外的研究成果编入本书，并对内容进行了扩展与创新：
1. 香农信息论包含压缩理论、传输理论、保密理论三部分内容，传统教材中一般只包含压缩理论和传输理论，对保密部分的介绍多为加密机制，很少涉及信道安全编码的内容。本书作者之一张可长期致力于信道安全编码方面的研究，将“信道安全编码”的内容引入本书，介绍了信息论中安全性的度量指标、理论模型、常用的安全编码方法等问题，对香农信息论的介绍更为完整。
2. 除香农经典信息论外，书中还增加了“网络编码”的内容。编写团队中的于泉长期从事网络编码方向的研究，对“网络编码”的基本理论及应用进行了总结和介绍。
为了提升学习的趣味性与应用性，除了包含传统信息论与编码的理论知识点，本书还在形式上有所创新：
1. 从第2章起，每章中增加了“应用实例”小节，将每章的理论知识与实际应用相关联，让学生认识到理论学习的目的，帮助学生更加深刻地理解理论知识，并用理论指导实践。
2. 在形式上充分利用了现代教材的建设手段，引入了数字化、立体化编撰方法，针对教材中的知识难点与重点，在不同章节中精心制作了31个教学视频与动画，并以精炼的内容讲解了某些知识点，增强了可读性和可用性。本书可以配合中国大学MOOC上本团队的“信息理论与编码”线上课程使用。
全书共8章。第1章介绍信息的概念、信息论与编码的主要研究内容、发展历程及应用；第2章介绍信源的分类及数学模型、自信息量、互信息量、熵、平均互信息量等概念及计算方法；第3章介绍信道的分类及数学模型、信道容量的概念及不同类型信道的信道容量的计算方法；第4章讨论香农编码定理与无失真信源编码方法及其应用；第5章讨论有噪信道编码定理、纠错编码方法及其应用；第6章讨论限失真信源编码定理、限失真信源编码方法及其应用；第7章介绍香农的安全编码思想、安全容量的概念、搭线窃听信道模型及安全编码方法；第8章叙述网络编码基础理论及相关应用。
本书的第1章、第5章及第7章由张可编写，第2～3章由魏勤编写，第4章、第6章由刘雪冬编写，第8章由于泉编写。全书由张可统稿。特别感谢吕锋教授和王虹教授在本书编写及出版过程中给予的大力支持！
受编著者水平所限，教材中难免出现错误或不足之处，敬请广大同行和读者批评指正。
编著者
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