信息论与编码习题答案.docx

1、信息论与编码习题答案信息论与编码-习题答案 第二章2.1 试问四进制、八进制脉冲所含信息量是二进制脉冲的多少倍？解：四进制脉冲可以表示4个不同的消息，例如：0, 1, 2, 3八进制脉冲可以表示8个不同的消息，例如：0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7二进制脉冲可以表示2个不同的消息，例如：0, 1假设每个消息的发出都是等概率的，则：四进制脉冲的平均信息量八进制脉冲的平均信息量二进制脉冲的平均信息量所以：四进制、八进制脉冲所含信息量分别是二进制脉冲信息量的2倍和3倍。2.2 居住某地区的女孩子有25%是大学生，在女大学生中有75%是身高160厘米以上的，而女孩子中身高160厘米以上的占

2、总数的一半。假如我们得知“身高160厘米以上的某女孩是大学生”的消息，问获得多少信息量？解：设随机变量X代表女孩子学历Xx1（是大学生）x2（不是大学生）P(X)0.250.75设随机变量Y代表女孩子身高解：(1) 此消息总共有14个0、13个1、12个2、6个3，因此此消息发出的概率是：此消息的信息量是：(2) 此消息中平均每符号携带的信息量是：2.5 从大量统计资料知道，男性中红绿色盲的发病率为7%，女性发病率为0.5%，如果你问一位男士：“你是否是色盲？”他的回答可能是“是”，可能是“否”，问这两个回答中各含多少信息量，平均每个回答中含有多少信息量？如果问一位女士，则答案中含有的平均自信

3、息量是多少？解：男士：女士：2.6 设信源，求这个信源的熵，并解释为什么H(X) log6不满足信源熵的极值性。解：不满足极值性的原因是。2.7 证明：H(X3/X1X2) H(X3/X1)，并说明当X1, X2, X3是马氏链时等式成立。证明：2.8证明：H(X1X2 。 Xn) H(X1) + H(X2) + + H(Xn)。证明：2.9 设有一个信源，它产生0，1序列的信息。它在任意时间而且不论以前发生过什么符号，均按P(0) = 0.4，P(1) = 0.6的概率发出符号。(1) 试问这个信源是否是平稳的？(2) 试计算H(X2), H(X3/X1X2)及H；(3) 试计算H(X4)并

4、写出X4信源中可能有的所有符号。解：(1) 这个信源是平稳无记忆信源。因为有这些词语：“它在任意时间而且不论以前发生过什么符号”(2) (3) 2.10 一阶马尔可夫信源的状态图如下图所示。信源X的符号集为0, 1, 2。(1) 求平稳后信源的概率分布；(2) 求信源的熵H。解：(1)(2)2.11黑白气象传真图的消息只有黑色和白色两种，即信源X=黑，白。设黑色出现的概率为P(黑) = 0.3，白色出现的概率为P(白) = 0.7。(1) 假设图上黑白消息出现前后没有关联，求熵H(X)；(2) 假设消息前后有关联，其依赖关系为P(白/白) = 0.9，P(黑/白) = 0.1，P(白/黑) =

5、 0.2，P(黑/黑) = 0.8，求此一阶马尔可夫信源的熵H2(X);(3) 分别求上述两种信源的剩余度，比较H(X)和H2(X)的大小，并说明其物理含义。解：(1)(2) (3) H(X) H2(X)表示的物理含义是：无记忆信源的不确定度大与有记忆信源的不确定度，有记忆信源的结构化信息较多，能够进行较大程度的压缩。2.12 同时掷出两个正常的骰子，也就是各面呈现的概率都为1/6，求：(1) “3和5同时出现”这事件的自信息；(2) “两个1同时出现”这事件的自信息；(3) 两个点数的各种组合（无序）对的熵和平均信息量；(4) 两个点数之和（即2, 3, , 12构成的子集）的熵；(5) 两

6、个点数中至少有一个是1的自信息量。解：(1)(2)(3)两个点数的排列如下：111213141516212223242526313233343536414243444546515253545556616263646566共有21种组合：其中11，22，33，44，55，66的概率是其他15个组合的概率是(4)参考上面的两个点数的排列，可以得出两个点数求和的概率分布如下：(5) 2.13 某一无记忆信源的符号集为0, 1，已知P(0) = 1/4，P(1) = 3/4。(1) 求符号的平均熵；(2) 有100个符号构成的序列，求某一特定序列（例如有m个“0”和（100 - m）个“1”）的自信息

7、量的表达式；(3) 计算(2)中序列的熵。解：(1)(2) (3) 2.14 对某城市进行交通忙闲的调查，并把天气分成晴雨两种状态，气温分成冷暖两个状态，调查结果得联合出现的相对频度如下：若把这些频度看作概率测度，求：(1) 忙闲的无条件熵；(2) 天气状态和气温状态已知时忙闲的条件熵；(3) 从天气状态和气温状态获得的关于忙闲的信息。解：(1)根据忙闲的频率，得到忙闲的概率分布如下： (2) 设忙闲为随机变量X，天气状态为随机变量Y，气温状态为随机变量Z(3) 2.15 有两个二元随机变量X和Y，它们的联合概率为Y Xx1=0x2=1y1=01/83/8y2=13/81/8并定义另一随机变量

8、Z = XY（一般乘积），试计算：(1) H(X), H(Y), H(Z), H(XZ), H(YZ)和H(XYZ)；(2) H(X/Y), H(Y/X), H(X/Z), H(Z/X), H(Y/Z), H(Z/Y), H(X/YZ), H(Y/XZ)和H(Z/XY)；(3) I(X;Y), I(X;Z), I(Y;Z), I(X;Y/Z), I(Y;Z/X)和I(X;Z/Y)。解：(1)Z = XY的概率分布如下：(2)(3)2.16 有两个随机变量X和Y，其和为Z = X + Y（一般加法），若X和Y相互独立，求证：H(X) H(Z), H(Y) H(Z)。证明：同理可得。2.17 给定

9、声音样值X的概率密度为拉普拉斯分布，求Hc(X)，并证明它小于同样方差的正态变量的连续熵。解：2.18 连续随机变量X和Y的联合概率密度为：，求H(X), H(Y), H(XYZ)和I(X;Y)。（提示：）解：2.19 每帧电视图像可以认为是由3105个像素组成的，所有像素均是独立变化，且每像素又取128个不同的亮度电平，并设亮度电平是等概出现，问每帧图像含有多少信息量？若有一个广播员，在约10000个汉字中选出1000个汉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，并彼此无依赖）？若要恰当的描述此图像，广播员在口述中至少需要多少汉字？解：1)2)3)2.20 设是平稳离散有记忆信源，试证明：。证明：2.21 设是N维高斯分布的连续信源，且X1, X2, , XN的方差分别是，它们之间的相关系数。试证明：N维高斯分布的连续信源熵证明：相关系数，说明是相互独立的。2.22 设有一连续随机变量，其概率密度函数(1) 试求信源X的熵Hc(X)；(2) 试求Y = X + A (A 0)的熵Hc(Y)；(3) 试求Y = 2X的熵Hc(Y)。解：1)2)3)