信息论基础与编码(第五章).pdf
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《信息论基础与编码》第五章主要探讨了信源编码的相关理论和应用,包括唯一可译码、即时码以及克拉夫特不等式等相关概念。以下是这部分内容的详细解析: 唯一可译码是指每个消息都有唯一的编码,使得接收端能够准确解码。在问题5-1中,通过分析给定的概率分布,可以确定码字1、2、3和6是唯一可译码,因为它们的编码没有重复的前缀,确保了解码的唯一性。而即时码(非延长码)是指码字长度与对应消息的概率相等的码,如问题5-2中的码字1、3和6,它们的码长正好与各自消息的概率倒数相匹配。 克拉夫特不等式是信息论中的一个重要工具,用于保证唯一可译码的存在性。如5-2的证明所述,如果存在一个码长为L1,L2,...,Lq的唯一可译码,那么这些码长必须满足不等式∑(1/2^li)≤1。另一方面,如果码长满足这个不等式,根据定理4-4,也一定能找到相应的即时码。因此,存在相同码长的唯一可译码意味着一定存在相同码长的即时码。 在5-3中,我们面临的是一个信源编码为r元唯一可译变长码的问题。给定的码长序列(1,1,2,3,2,3)需要满足克拉夫特不等式,计算后发现r的最小下限为3,这意味着至少需要3种码元来构建满足条件的编码。 5-4的问题涉及到电话号码的分配,这实际上是一个编码效率的问题。在第一部分,要使所有公务电话号码为3位,所有居民电话号码等长,可以利用异前缀码的概念,通过计算得知居民号码的最小长度为4位。第二部分,考虑到分区,A区电话号码比B区短1位,计算得到A区号码的最小长度为2位。 霍夫曼编码是信息论中的另一个重要概念,用于构建最有效的前缀编码。例如在5-7中,对于给定的概率分布,可以构建对应的霍夫曼编码,并计算编码效率,发现效率约为0.995,平均码长为1.95比特/符号。 5-8的问题探讨了信源概率空间的熵、冗余度以及紧致码的平均码长。对于不同的N值,计算了N次无记忆扩展信源的平均码长,并且分析了编码效率和冗余度。 第五章深入讨论了信源编码的各种特性,包括唯一可译码的识别、克拉夫特不等式的应用、编码效率的计算以及实际问题中的编码设计,这些都是信息论和计算机科学中不可或缺的基础知识。
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