编码理论数学基础:信息处理与噪声编码解码

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《编码理论的数学》是一本深入浅出的教材,专为希望学习信道编解码理论的学生设计,特别是对那些需要理解其背后的数学原理的人。本书由Paul Garrett撰写,版权归属于Pearson Education(2004年)和Prentice-Hall,享有版权。书中内容涵盖了编码理论的核心概念,包括概率论、信息论、噪声编码和解码、以及循环冗余检查(CRC)等关键技术。 在第一章“概率”中,作者首先介绍集合和函数的基本概念,然后探讨概率的两种观点:非正式的直观理解与更形式化的定义。接着,讨论了随机变量、期望值和方差,以及Markov不等式和Chebyshev不等式,这些都是理解信道编码性能的基础。随后的“大数定律”部分进一步阐述了在大量观察中的稳定性和预测性。 第二章“信息”重点关注不确定性与信息获取,包括熵的概念,这是衡量信息量的关键度量。这部分对于量化信息传输效率至关重要。 第三章“噪声less编码”深入研究了如何在没有噪声干扰的环境中编码信息,探讨了 Kraft-McMillan 不等式,以及噪声less编码定理,如著名的霍夫曼编码,它利用最优编码来减少信息的存储和传输成本。 第四章转向“Noisy Coding”,即在存在噪声的通信环境中编码和解码技术。章节中通过实例,如“派对彩纸”的例子,来解释如何处理错误。此外,还介绍了从有噪声通道解码的方法,以及信道容量的概念,它是衡量信道传输最大数据速率的极限。 第五章“Cyclic Redundancy Checks (CRCs)”专门探讨了基于二进制有限域GF(2)的编码技术,包括多项式运算在CRC设计中的应用。这部分着重说明CRC如何检测并纠正常见的错误类型,并解释了它能捕获什么样的错误。 第六章“整数”可能涉及离散数学中的基础知识,这些内容可能是前几章理论应用的桥梁,例如在有限域和实际数字编码中的作用。 《编码理论的数学》是一本全面的教育资源,将复杂的数学理论与实际的通信问题紧密结合,为学习者提供了一个坚实的数学基础,以便他们在信道编码和解码的实践中取得成功。通过系统地掌握这些内容,读者能够深入理解信道编解码技术在现代通信系统中的核心地位。