信息论与网络编码 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:杨伟豪

出品人:

页数:564

译者:蔡宁

出版时间:2011-7

价格:76.00元

装帧:

isbn号码:9787040314700

丛书系列:研究生教学用书

图书标签:

• 网络编码
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信息论与网络编码：理论基石与前沿应用 导言：信息时代的基石与未来 在当今这个信息爆炸的时代，数据的高效传输、存储与处理已成为衡量技术水平的关键指标。信息论，作为研究信息量化、存储和通信的数学理论，为我们理解和优化信息系统提供了坚实的理论基础。而网络编码，作为信息论在网络通信领域的一次革命性突破，则以前所未有的方式重塑了我们对网络带宽利用率和鲁棒性的认知。 本书旨在系统地梳理信息论的核心概念，并深入探讨网络编码技术在现代通信网络中的前沿应用。我们不满足于对既有理论的简单复述，而是着力于揭示这些理论背后的深层机制、它们之间的内在联系，以及它们如何共同驱动下一代通信系统的发展。全书内容涵盖了从经典香农理论的严谨推导，到复杂网络编码结构的精巧设计与性能分析，力求为读者提供一个全面、深入且富有洞察力的视角。 --- 第一部分：信息论的严谨基础 本部分将回溯信息论的起源，构建理解后续所有高级主题的理论框架。我们将避免教科书式的枯燥陈述，转而关注信息的本质及其度量方法的物理和数学意义。 第一章：信息的量化与熵的本质 本章从信息的随机性和不确定性出发，引入自信息（Self-Information）的概念。我们重点剖析香农熵（Shannon Entropy），将其视为随机变量不确定性的精确量度。不同于简单的平均值计算，熵反映了系统在不确定性消除过程中所能提供的最大信息量。我们将详细讨论熵的四大基本性质——非负性、单调性、次可加性和强次可加性，并结合实例阐释其在概率分布形状分析中的作用。 随后，我们转向联合熵、条件熵与互信息（Mutual Information）。互信息是衡量两个随机变量之间依赖程度的关键指标，它不仅是信道容量分析的核心，也是理解信息在转换过程中损耗或保留程度的桥梁。本章还将对比最大熵原理在信息系统设计中的应用，展示如何利用这一原理来构建在给定约束条件下最“不偏向”的概率模型。 第二章：信道编码与数据压缩的极限 信息论的另一大支柱在于信息源编码（数据压缩）和信道编码（纠错）。本章首先探讨信源编码定理（Source Coding Theorem），重点分析霍夫曼编码（Huffman Coding）和算术编码（Arithmetic Coding）的原理与效率极限。我们深入研究“无损压缩的理论极限”——熵值，并探讨有损压缩（如DCT、Wavelet变换在图像视频中的应用）背后的信息论权衡。 在信道编码方面，本章核心聚焦于信道容量定理（Channel Capacity Theorem）。我们将详尽推导离散无记忆信道（DMC）和高斯信道（Gaussian Channel）的容量公式。特别地，针对高斯信道的香农-哈特利定理（Shannon-Hartley Theorem），我们将分析带宽（Bandwidth）与信噪比（SNR）之间的非线性制衡关系，揭示在实际物理限制下，如何最大化信息传输速率。本章的重点在于理解“信道编码定理”——即只要传输速率低于信道容量，就存在一种编码方案，使得错误率任意小地趋近于零。 --- 第二部分：网络编码的理论突破 在信息论奠定基础之后，我们进入网络通信领域，探讨网络编码如何颠覆传统的路由与转发范式，实现网络吞吐量的质的飞跃。 第三章：传统网络路由的局限性与网络编码的萌芽 本章首先批判性地审视了传统的存储转发（Store-and-Forward）和分组转发机制的固有瓶颈。在多播（Multicast）场景下，由于节点需要存储和等待所有数据包才能转发，带宽利用率常常受到“最小割”的限制。 随后，我们将介绍蝴蝶网络（Butterfly Network）这一经典案例，它直观地展示了传统路由在多播中无法达到理论最大吞吐量（$R=1$）的困境。这为引入线性网络编码（Linear Network Coding, LNC）提供了完美的驱动力。我们阐释线性网络编码的基本思想：中间节点不仅仅是数据的转发器，更是信息的“代数运算者”。 第四章：线性网络编码的代数基础与全局最优性 本章深入探讨线性网络编码的数学核心——有限域（Finite Fields，Galois Fields）上的线性代数。我们详细说明如何选择合适的有限域 $GF(q)$，以及如何利用域上的基向量来表示和组合信息流。 核心内容是最大流/最小割定理（Max-Flow Min-Cut Theorem）在网络编码中的扩展应用。我们证明了，对于一个特定的网络拓扑和一组源节点，网络的最大多播传输速率，恰好等于任何源到任何接收者的最小割容量。这意味着，线性网络编码只要在每个接收端能够解码出足够多的线性独立方程组，就能实现全局最优的传输速率。 我们将分析随机线性网络编码（Random Linear Network Coding, RLNC）的性能，包括如何通过随机生成系数矩阵来确保接收端获得独立方程组的概率。这一部分将结合矩阵理论，深入剖析编码矩阵的秩（Rank）与信息可解码性之间的关系。 第五章：网络编码的解码、拓扑结构与应用 解码是网络编码实现的关键一步。本章阐述接收端如何通过解线性方程组来恢复原始信息块。我们详细比较了局部解码（Local Decoding）与全局解码（Global Decoding）的优劣，并探讨了特定拓扑（如星型、环形、格状网络）中编码方案的优化设计。 在应用层面，我们将超越基础的多播场景，探讨网络编码在以下前沿领域的应用潜力： 1. 网络纠错与鲁棒性增强： 如何利用网络编码机制来抵抗节点失效或链路干扰，实现比传统FEC（前向纠错）更高效的冗余分配。 2. 分布式存储系统： 研究网络编码如何用于构建高可靠、高效率的分布式存储冗余（如Erasure Codes），最小化数据重建所需的网络带宽。 3. 无线通信系统： 探讨在多址接入（MAC）和干扰信道中，网络编码如何用于消除或利用干扰，以提高频谱效率。 --- 结论：理论的融合与未来的展望 本书的最终目标是展示信息论并非孤立的理论，而是网络编码等新兴技术的驱动力。信息论界定了“我们能做什么”（容量极限），而网络编码则展示了“我们如何做到”（最优的资源利用策略）。 未来的研究方向，如路由与编码一体化设计（R-LNC）、物理层网络编码（PNC）以及面向人工智能的网络优化，都建立在对信息论严谨性的深刻理解和对网络拓扑结构的灵活驾驭之上。本书的结构设计旨在引导读者从最基础的概率度量，逐步攀登到复杂的网络优化前沿，为致力于信息与通信技术（ICT）研究和工程实践的专业人士提供一份兼具深度与广度的参考指南。

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这本《信息论与网络编码》的包装设计给我留下了深刻的印象，封面采用了一种深邃的蓝色调，搭配上简洁而充满力量感的几何图形，仿佛预示着书中内容的严谨与深刻。翻开扉页，纸张的质感温润而厚实，印刷清晰，字迹分明，即便是长时间阅读，也不会感到刺眼或疲惫。我特别欣赏它精美的排版，无论是公式的对齐还是图表的呈现，都显得格外专业和考究。读这本书的过程，就像是在探索一个抽象而又迷人的数学宇宙，每一个公式、每一个定理都像是一颗闪亮的星辰，指引着我理解信息传输的本质奥秘。尽管我目前还未能深入研读其中的具体章节，但我已经能感受到作者在梳理和阐释这些复杂概念时所付出的巨大心血。书中的理论框架构建得极其扎实，仿佛是一个精密计算过的结构，每一个部分都恰到好处地连接着，共同支撑起信息论的宏伟殿堂。我期待着能在这本书的引导下，逐渐揭开信息如何被编码、传输、压缩，以及在噪声干扰下如何保持其完整性的神秘面纱。这本书不仅仅是一本技术书籍，更像是一扇通往理解现代通信系统背后核心原理的窗口，让我充满了求知的渴望。

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我拿到这本《信息论与网络编码》的时候，第一感觉就是它的分量十足，沉甸甸的，仿佛承载着知识的厚重。封面设计朴实无华，没有过多的花哨装饰，正中央是醒目的书名，字体设计得简洁有力，透露出一种严谨的学术气息。打开后，我被书内详实的目录和清晰的章节划分所吸引。即使我尚未开始正式阅读，仅仅浏览一下目录，就能大致勾勒出本书的知识脉络和逻辑走向。从基础的概念引入，到深层的理论推导，再到实际的应用探讨，层次分明，循序渐进。书中的配图和示例，虽然只是匆匆一瞥，但已经能看出其精心设计，旨在帮助读者更好地理解抽象的数学模型。我个人一直对数据压缩和纠错编码等技术领域怀有浓厚的兴趣，而本书的出现，无疑为我打开了一扇全新的大门。我深信，通过阅读这本书，我能够系统地学习到信息论的精髓，并理解网络编码在现代通信和数据存储中所扮演的关键角色。这本书给我带来的，不仅仅是知识的获取，更是一种对信息世界更深层次理解的期待。

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这本书拿到手的感觉很实在，纸张的触感细腻，翻页时发出的沙沙声，仿佛是在翻阅一本经典著作。封面设计简洁明快，没有多余的图案，只有书名和作者姓名，给人一种直奔主题、不玩虚的印象。这种低调的设计反而衬托出内容的专业性。我被书中的一些图示和公式吸引，即使只是随意翻阅，也能感受到其背后蕴含的数学之美和逻辑之严密。我特别关注的，是信息论在实际应用中的体现，比如数据压缩、通信系统的设计等等。而网络编码，这个相对较新的领域，更是让我充满了探索的欲望，我希望通过这本书，能够理解它是如何突破传统网络传输的限制，实现更高的效率和鲁棒性。这本书不仅仅是一堆理论的堆砌，我更期待的是它能为我打开一扇窗，让我能从更宏观和深刻的角度去理解信息是如何在网络世界中流动和被处理的。

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初次接触《信息论与网络编码》这本书，便被其沉稳的书封设计所吸引。它没有那些花哨的插画或醒目的色彩，而是选择了一种深沉的墨绿色，搭配烫金的书名，散发出一种古典而又厚重的学术韵味。书的装帧非常牢固，即便经常翻阅，也无需担心散页的问题。打开书本，扑面而来的是清晰细腻的印刷字体，以及布局规整的数学公式，这让我在阅读初期就对其严谨的学术风格有了初步的认知。虽然我还没有深入研究书中的每一个公式和定理，但从目录的編排和章节标题的设置上，我能感受到作者在逻辑梳理方面的深厚功力。从信息论的基础概念，到更加复杂的网络编码理论，整个知识体系似乎被巧妙地串联起来，形成一个逻辑严谨的整体。我个人对于信息在传输过程中如何被量化、编码以及在不确定环境中如何实现可靠传输一直充满好奇，而这本书的出现，恰恰满足了我对这些问题的深入探究的愿望。

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这本书的入手体验非常棒，拿在手里就有一种踏实感。书页的厚度适中，翻阅起来手感顺滑，而且几乎没有油墨味，这对于长时间的阅读体验来说至关重要。封面设计相当内敛，采用了一种经典的商务蓝，搭配银色的书名，显得既专业又不失格调。我虽然还未深入到内容的细节，但已经可以从其前言和致谢部分感受到作者的严谨态度和对学科的热情。书的整体结构布局十分清晰，章节标题都很有概括性，让人一看就知道大概讲的是什么。我最期待的是书中关于信源编码和信道编码的阐述，因为这直接关系到数据传输的效率和可靠性，也是我对信息论最感兴趣的部分。同时，网络编码这个概念也让我眼前一亮，它似乎为解决传统网络传输中的瓶颈问题提供了一个全新的视角。我相信，这本书的理论深度和广度，定能满足我作为一名求知者对信息论和网络编码领域的探索需求，给我带来不少启发。

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