英文版《信息论基础》第二版概览

需积分: 8 20 下载量 135 浏览量 更新于2024-08-01 收藏 10.09MB PDF 举报
"信息论基础 (英文版)是第二版,由Thomas M. Cover和Joy A. Thomas合著,由John Wiley & Sons, Inc.出版,共计774页。本书涵盖了信息论的基本概念和理论,是该领域的经典教材。" 在信息论中,主要研究的是信息的度量、编码、传输和处理等问题。以下是一些核心知识点: 1. **信息熵(Entropy)**:信息熵是衡量一个随机变量不确定性或信息量的度量,通常用比特(bits)表示。熵越大,不确定性越高,包含的信息也越多。公式为 H(X) = -∑ P(x) log2(P(x)),其中X是随机变量,P(x)是x发生的概率。 2. **互信息(Mutual Information)**:互信息用来衡量两个随机变量之间的关联程度,表示从一个变量中获取的信息对另一个变量的不确定性减少的程度。公式为 I(X; Y) = H(X) - H(X|Y),它非负且等于零当且仅当X和Y独立。 3. **信源编码(Source Coding)**:信源编码的目标是用尽可能少的符号来表示信息,无损编码保证了原始信息能完全恢复,而有损编码则允许一定程度的信息损失以换取更高的压缩效率。 4. **信道容量(Channel Capacity)**:由香农定理定义,信道容量是给定信道条件下,能够无错误传输的最大信息速率。对于一个离散无记忆信道,信道容量可以用C = max_{p(x)} [I(X; Y)] 表示,其中X是输入,Y是输出,I(X; Y)是互信息。 5. **噪声与信噪比(SNR)**:信道中的噪声会影响信息传输的准确性。信噪比是信号功率与噪声功率之比,通常用来衡量信道质量。高信噪比意味着更好的传输效果。 6. **编码理论(Coding Theory)**:包括纠错码和检错码,如汉明码、循环冗余校验(CRC)、卷积码和涡轮码等,用于检测和纠正传输过程中出现的错误。 7. **最大似然解码(Maximum Likelihood Decoding)**:是一种常见的解码策略,旨在找到最可能生成接收到的信号的发送序列。 8. **信息博弈论(Game Theory in Information)**:信息博弈论研究在有信息不对称的情况下,决策者如何进行策略选择,如在通信网络中的资源分配问题。 9. **信息理论与数据压缩**:如LZ77、LZW算法和JPEG、PNG、MP3等数据压缩标准都是基于信息论原理设计的。 10. **信息理论与通信**:信息论在无线通信、数字通信、卫星通信等领域有着广泛的应用,如CDMA、OFDM等通信系统的设计。 以上只是信息论基础的冰山一角,实际内容还包括信道容量的计算、信道编码定理、率失真理论等复杂主题。通过深入学习这本书,读者可以全面理解信息论的基础理论,并为在通信、数据科学、密码学等相关领域的工作打下坚实的基础。
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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