Natural Computing pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Umeo, H. 编

出品人:

页数:249

译者:

出版时间:

价格:$ 101.64

装帧:

isbn号码:9784431889809

丛书系列:

图书标签:

• 自然计算
• 计算智能
• 生物启发
• 进化算法
• 神经网络
• 模糊逻辑
• 量子计算
• DNA计算
• 人工生命
• 优化算法

好的，这是一本关于“信息论与编码”的图书简介，旨在提供深入且全面的技术视角，完全不涉及“自然计算”的内容。 --- 图书名称：信息论与编码：理论、应用与前沿挑战 图书简介 引言：信息时代的基石 在当今这个由数据和连接驱动的数字世界中，信息论与编码理论构成了所有现代通信、存储和计算系统的核心数学和工程基础。本书《信息论与编码：理论、应用与前沿挑战》旨在为读者提供一个深度、广度和前瞻性的知识体系，系统性地阐述信息论的奠基性概念，以及如何利用编码技术高效、可靠地传输和存储信息。本书面向的读者包括高级本科生、研究生、通信与电子工程领域的专业研究人员，以及对数据科学和信息系统底层原理感兴趣的工程师。 第一部分：信息论的数学基础与核心概念 本书的开篇部分专注于信息论的理论构建。我们从概率论的严谨框架出发，引入信息量、自信息、熵等基本概念，并深入探讨香农熵（Shannon Entropy）的深刻含义——它量化了一个随机变量所包含的不确定性或信息量。读者将学习如何应用这些工具来分析离散和连续随机变量的特性。 随后，我们转向联合分布和条件分布，详细阐述互信息（Mutual Information）和熵的各种变体，如条件熵、联合熵等。互信息作为衡量两个随机变量之间依赖程度的关键指标，将在后续的信道容量分析中扮演核心角色。 本部分的核心在于对香农信道编码定理（Shannon’s Channel Coding Theorem）的详尽解读。我们将严谨地推导信道容量（Channel Capacity）的定义，解释其在描述信息传输极限方面的决定性作用。对于不同类型的信道，如离散无记忆信道（DMC）、高斯信道（AWGN Channel）等，本书将提供具体的容量计算方法和理论界限。读者将清晰地理解，信息论是如何为工程实践设定不可逾越的理论上限的。 第二部分：信源编码——数据的有效表示 信息论的第二个核心领域是信源编码，即如何用最少的比特数来表示信息源，实现无损或有损压缩。 无损压缩： 我们将详细介绍经典的无损编码技术。首先，霍夫曼编码（Huffman Coding）作为最优变长编码的典范，其算法构建和效率分析将被透彻讲解。接着，读者将学习如何超越二元表示，理解算术编码（Arithmetic Coding）的原理及其在现代压缩标准中，尤其是在效率要求极高的场景下的优势。我们还将探讨Lempel-Ziv（LZ77/LZ78）家族算法，这些基于字典的编码方法如何有效地利用数据中的重复模式。 有损压缩与率失真理论： 理论部分将深入探讨率失真理论（Rate-Distortion Theory），这是有损压缩的数学基础。我们将解释率失真函数（R-D Function）的意义，以及如何量化在给定失真容忍度下，信息源可以被压缩到的最小比特率。相关的应用将涵盖JPEG、MPEG等主流多媒体压缩标准背后的理论支撑。 第三部分：信道编码——可靠性的保障 信道编码是通信系统的“保护伞”，目标是在存在噪声和干扰的信道上传输数据时，最大程度地减少错误。本部分是本书的工程核心。 经典代数编码： 我们从线性分组码（Linear Block Codes）开始，这是现代编码理论的基石。详细介绍汉明码（Hamming Codes）的构造、最小距离的概念，以及如何设计和解码这些用于纠错的基本结构。随后，我们将深入研究循环冗余校验码（CRC）的原理及其在错误检测中的高效应用。 卷积码与 Viterbi 算法： 卷积码（Convolutional Codes）以其在连续数据流中的有效性而著称。本书将系统阐述卷积码的编码器结构、状态图、以及最重要的——Viterbi 译码算法。Viterbi 算法作为最大似然序列译码的有效实现，其动态规划原理将被清晰地剖析，并提供实际计算示例。 强大的代数译码技术： 对于追求高可靠性的系统，代数译码是不可或缺的。我们将深入讲解BCH码（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem Codes）和RS码（Reed-Solomon Codes）。RS码因其强大的突发错误校正能力，在光盘存储（CD/DVD/Blu-ray）和深空通信中占据核心地位。本书将详细阐述伽罗瓦域（Galois Field）的数学结构，并指导读者理解Berlekamp-Massey算法和Euclidean算法在RS译码中的应用。 第四部分：现代编码技术与前沿研究 随着信道容量逼近香农极限，对更先进、性能更优异编码方案的需求日益迫切。本部分聚焦于近三十年来最重要的突破。 Turbo 码的革新： Turbo 码的出现是编码理论的里程碑。我们将详尽解析其“并行级联”结构，解释交织器（Interleaver）的作用，并深入分析其核心译码方法——BCJR 算法（Forward-Backward Algorithm），该算法实现了软判决译码的近乎最优性能。 LDPC 码的崛起： 低密度奇偶校验码（LDPC Codes）因其出色的性能和高并行度，在现代高速通信标准（如Wi-Fi 6、5G NR）中占据主导地位。本书将侧重于LDPC码的Tanner图表示、校验矩阵的设计，以及高效的概率概率传播（Belief Propagation, BP）译码算法，包括消息传递机制和收敛性分析。 第五部分：应用与系统集成 理论最终要落实到实践。本书的最后一部分将探讨信息论与编码如何在实际工程系统中集成和优化。 调制与编码联合设计（MCM）： 探讨如何将信道编码的输出映射到信号空间（如QAM、PSK），实现编码调制一体化的性能增益。 高性能译码器的硬件实现考量： 讨论并行化、流水线设计在FPGA和ASIC中实现高性能译码器的关键挑战。 信息论在物联网与边缘计算中的新挑战： 探讨在低功耗、低延迟受限环境中，传统编码方案的适应性与局限性。 总结 《信息论与编码：理论、应用与前沿挑战》不仅是对经典理论的全面梳理，更是对当前研究热点的深入探索。通过严谨的数学推导、丰富的工程实例和对前沿算法的剖析，本书致力于培养读者将信息论的抽象智慧转化为解决复杂通信和存储难题的实际能力。读者在合上此书时，将对数字世界中“信息如何被精确、高效地传递”这一根本问题，拥有深刻而全面的认识。

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