信息论与编码 第二章曹雪虹习题答案.docVIP

2.1一个马尔可夫信源有3个符号，转移概率为：，，，，，，，，，画出状态图并求出各符号稳态概率。 解：状态图如下 状态转移矩阵为：  设状态u1，u2，u3稳定后的概率分别为W1，W2、W3 由得计算可得 2.2 由符号集{0，1}组成的二阶马尔可夫链，其转移概率为：=0.8，=0.2，=0.2，=0.8，=0.5，=0.5，=0.5，=0.5。画出状态图，并计算各状态的稳态概率。 解： 于是可以列出转移概率矩阵： 状态图为： 设各状态00，01，10，11的稳态分布概率为W1,W2,W3,W4 有 得 计算得到 2.3 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： 11 12 13 14 15 16 21 22 23 24 25 26 31 32 33 34 35 36 41 42 43 44 45 46 51 52 53 54 55 56 61 62 63 64 65 66 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) 2-4 2.5 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 X x1（是大学生） x2（不是大学生） P(X) 0.25 0.75 设随机变量Y代表女孩子身高 Y y1（身高160cm） y2（身高160cm） P(Y) 0.5 0.5 已知：在女大学生中有75%是身高160厘米以上的 即： 求：身高160厘米以上的某女孩是大学生的信息量 即： 2.6 掷两颗骰子，当其向上的面的小圆点之和是3时，该消息包含的信息量是多少？当小圆点之和是7时，该消息所包含的信息量又是多少？ 解： 1）因圆点之和为3的概率 该消息自信息量 2）因圆点之和为7的概率 该消息自信息量 2.7 设有一离散无记忆信源，其概率空间为 （1）求每个符号的自信息量 （2）信源发出一消息符号序列为{202 120 130 213 001 203 210 110 321 010 021 032 011 223 210}，求该序列的自信息量和平均每个符号携带的信息量 解： 同理可以求得 因为信源无记忆，所以此消息序列的信息量就等于该序列中各个符号的信息量之和 就有： 平均每个符号携带的信息量为bit/符号 2.8 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。 2-9 “－” 用三个脉冲 “●”用一个脉冲 (1) I(●)= I(－)＝ (2) H= 2-10 (2) P(黑/黑)= P(白/黑)= H(Y/黑)= (3) P(黑/白)= P(白/白)= H(Y/白)= (4) P(黑)= P(白)= H(Y)= 2.11 有一个可以旋转的圆盘，盘面上被均匀的分成38份，用1，…，38的数字标示，其中有两份涂绿色，18份涂红色，18份涂黑色，圆盘停转后，盘面上的指针指向某一数字和颜色。 （1）如果仅对颜色感兴趣，则计算平均不确定度 （2）如果仅对颜色和数字感兴趣，则计算平均不确定度 （3）如果颜色已知时，则计算条件熵 解：令X表示指针指向某一数字，则X={1,2,……….,38} Y表示指针指向某一种颜色，则Y={l绿色，红色，黑色} Y是X的函数，由题意可知