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2.3 一副充分洗乱的牌(含52张),试问:
(1)任一特定排列所给出的不确定性是多少?
(2)随机抽取13张牌,13张牌的点数互不相同时的不确定性是多少?
解:(1)52张扑克牌可以按不同的顺序排列,所有可能的不同排列数就是全排列种数,为
因为扑克牌充分洗乱,任一特定排列出现的概率相等,设事件A为任一特定排列,则其发生概率为
可得,该排列发生所给出的信息量为
bit
dit
(2)设事件B为从中抽取13张牌,所给出的点数互不相同。
扑克牌52张中抽取13张,不考虑排列顺序,共有种可能的组合。13张牌点数互不相同意味着点数包括A,2,…,K,而每一种点数有4种不同的花色意味着每个点数可以取4中花色。所以13张牌中所有的点数都不相同的组合数为。因为每种组合都是等概率发生的,所以
则发生事件B所得到的信息量为
bit
dit
2.5 设在一只布袋中装有100只对人手的感觉完全相同的木球,每只上涂有1种颜色。100只球的颜色有下列三种情况:
(1) 红色球和白色球各50只;
(2) 红色球99只,白色球1只;
(3) 红,黄,蓝,白色各25只。
求从布袋中随意取出一只球时,猜测其颜色所需要的信息量。
解:猜测木球颜色所需要的信息量等于木球颜色的不确定性。令
R——“取到的是红球”,W——“取到的是白球”,
Y——“取到的是黄球”,B——“取到的是蓝球”。
(1)若布袋中有红色球和白色球各50只,即
则 bit
(2)若布袋中红色球99只,白色球1只,即
则 bit
bit
(3)若布袋中有红,黄,蓝,白色各25只,即
则 bit
2.7 设信源为
求,井解释为什么,不满足信源熵的极值性。
解:
bit/symbol
不满足极值性的原因是,不满足概率的完备性。
2.8 大量统计表明,男性红绿色盲的发病率为7%,女性发病率为0.5%,如果你问一位男同志是否为红绿色盲,他回答“是”或“否”。
(1)这二个回答中各含多少信息量?
(2)平均每个回答中含有多少信息量?
(3)如果你问一位女同志,则答案中含有的平均信息量是多少?
解:对于男性,是红绿色盲的概率记作,不是红绿色盲的概率记作,这两种情况各含的信息量为
bit
bit
平均每个回答中含有的信息量为
bit/回答
对于女性,是红绿色盲的概率记作,不是红绿色盲的记作,则平均每个回答中含有的信息量为
bit/回答
联合熵和条件熵
2.9 任意三个离散随机变量、和,求证:
。
证明:
方法一:要证明不等式成立,等价证明下式成立:
根据熵函数的定义
得证
方法二:因为
所以,求证不等式等价于
因为条件多的熵不大于条件少的熵,上式成立,原式得证。
2.11 设随机变量和的联合概率空间为
定义一个新随机变量(普通乘积)。
(1)计算熵、、、、以及;
(2)计算条件熵、、、、、、、以及;
(3)计算互信息量、、、、以及;
解 (1)
bit/symbol
bit/symbol
可得的概率空间如下
由得
由对称性可得
(2)
H-
H=H-H
根据对称性,
H=H
H=H-H
H=H-H
根据对称性,
H=H
H=H
H=H-H
根据对称性,把X和Y互换得
H=H
H=H-H
(3)
根据对称性,得
根据对称性得
2.17 设信源发出二次扩展消息,其中第一个符号为A、B、C三种消息,第二个符号为D、E、F、G四种消息,概率和如下:
A B C 1/2 1/3 1/6 D 1/4 3/10 1/6 E 1/4 1/5 1/2 F 1/4 1/5 1/6 G 1/4 3/10 1/6
求二次扩展信源的联合熵。
解:联合概率为
可得X,Y的联合概率分布如下:
A B C D 1/8 1/
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