信息论基础:熵、信源与信道容量解析

5星 · 超过95%的资源 需积分: 9 47 下载量 49 浏览量 更新于2024-07-24 收藏 6.1MB PDF 举报
"信息论基础英文原版 - 由Thomas M. Cover和Joy A. Thomas合著的第二版教材,深入浅出地介绍了信息论的基本概念和理论,包括熵、信源和信道容量等核心主题。" 信息论是研究信息处理、传输和存储的一门学科,它在通信、计算机科学、数据压缩、密码学等多个领域都有广泛应用。《Elements of Information Theory》是该领域的经典教材之一,尤其适合初学者和专业人士进行深入学习。 本书第二版由Thomas M. Cover和Joy A. Thomas合作编写,旨在提供一个清晰且全面的信息理论基础。书中的"Entropy"(熵)是信息论中的关键概念,它衡量了信息的不确定性或信息量。熵的计算通常基于概率分布,较高的熵表示更多的不确定性,而较低的熵则表示更高的确定性。在信源编码中,理解熵有助于我们设计更有效的数据压缩方法。 "Source"(信源)是信息的产生者,可能是自然语言、图像、声音或其他形式的数据。书中会介绍如何分析信源的统计特性,以及如何通过信源编码理论来减少无用信息,优化数据传输效率。例如,霍夫曼编码就是一种基于信源熵的变长编码技术,可以高效地编码常见符号。 "Channel Capacity"(信道容量)是信息论中的另一个核心概念,它定义了一个通信信道能够无错误传输信息的最大速率。香农定理阐述了信道容量与信道噪声之间的关系,给出了在给定的信道条件下,理论上可以达到的最大传输速率。理解信道容量对于设计通信系统至关重要,因为它设定了理论上的性能极限。 此外,书中可能还会涵盖其他重要主题,如信道编码、率失真理论、信息理论与编码的最新发展等。这些内容将帮助读者理解如何在实际应用中处理信息的传输和处理问题,例如在无线通信、网络编码、数据安全等方面。 作为一本英文原版教材,本书不仅提供了深入的理论分析,还可能包含丰富的实例和习题,以帮助读者巩固理解和应用信息论原理。阅读此书需要一定的数学背景,特别是概率论和随机过程的知识,但作者尽力使内容易于理解,使其成为信息论学习者的宝贵资源。
2013-05-03 上传
CONTENTS Contents v Preface to the Second Edition xv Preface to the First Edition xvii Acknowledgments for the Second Edition xxi Acknowledgments for the First Edition xxiii 1 Introduction and Preview 1.1 Preview of the Book 2 Entropy, Relative Entropy, and Mutual Information 2.1 Entropy 2.2 Joint Entropy and Conditional Entropy 2.3 Relative Entropy and Mutual Information 2.4 Relationship Between Entropy and Mutual Information 2.5 Chain Rules for Entropy, Relative Entropy,and Mutual Information 2.6 Jensen’s Inequality and Its Consequences 2.7 Log Sum Inequality and Its Applications 2.8 Data-Processing Inequality 2.9 Sufficient Statistics 2.10 Fano’s Inequality Summary Problems Historical Notes v vi CONTENTS 3 Asymptotic Equipartition Property 3.1 Asymptotic Equipartition Property Theorem 3.2 Consequences of the AEP: Data Compression 3.3 High-Probability Sets and the Typical Set Summary Problems Historical Notes 4 Entropy Rates of a Stochastic Process 4.1 Markov Chains 4.2 Entropy Rate 4.3 Example: Entropy Rate of a Random Walk on a Weighted Graph 4.4 Second Law of Thermodynamics 4.5 Functions of Markov Chains Summary Problems Historical Notes 5 Data Compression 5.1 Examples of Codes 5.2 Kraft Inequality 5.3 Optimal Codes 5.4 Bounds on the Optimal Code Length 5.5 Kraft Inequality for Uniquely Decodable Codes 5.6 Huffman Codes 5.7 Some Comments on Huffman Codes 5.8 Optimality of Huffman Codes 5.9 Shannon–Fano–Elias Coding 5.10 Competitive Optimality of the Shannon Code 5.11 Generation of Discrete Distributions from Fair Coins Summary Problems Historical Notes CONTENTS vii 6 Gambling and Data Compression 6.1 The Horse Race 159 6.2 Gambling and Side Information 164 6.3 Dependent Horse Races and Entropy Rate 166 6.4 The Entropy of English 168 6.5 Data Compression and Gambling 171 6.6 Gambling Estimate of the Entropy of English 173 Summary 175 Problems 176 Historical Notes 182 7 Channel Capacity 183 7.1 Examples of Channel Capacity 1