香农的信源编码定理告诉我们 一个随机变量X的最佳码的平均码长满足L<H(X)+1 这只是一个最佳的上界 而事实上

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香农的信源编码定理告诉我们,一个随机变量X的最佳码的平均码长满足L<H(X)+1,这只是一个最佳的上界,而事实上在很多情况下编码的效率要差得多。例如X是一个二进制的随机变量,pX(1)=ε,则当ε→0时H(X)=H(ε)→0,而此时L=1。请找出一个随机变量,其熵为2,同时其相应最佳码的平均码长为3。

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答案解析

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  • 如果某个最佳码的平均码长满足L≈H+1,则必然有一个输出符号的概率接近1,其对应的码字的码长也为1。我们可以假设另外还有2m个输出符号,它们的出现概率的和为latex.action?latex=cFxsbCAx。为了使得信源的熵最大,这2m个输出符号应该是等概的,因此分布为{1-p,p2-m,…,p2-m}的信源的熵为
       latex.action?latex=SD0tKDEtcClsb2dfMigxLXApLVxzdW0gX3tpPTF9XnsyXm19bG9nXzJwMl57LW19PUgocCkrcGxv%0D%0AZ18yMl57LW19PUgocCkrcG0%3D    (5.13)
       选择一个很小的p使得H(p)latex.action?latex=XGxsIA%3D%3D1,例如p=2-10。为了让信源的熵等于2,即
       pm=2-10m≈2latex.action?latex=XFJpZ2h0YXJyb3cgm=2×210=2048latex.action?latex=XFJpZ2h0YXJyb3cg2m=22048
       因此这个信源共有1+22048个输出符号,分布为{1-2-10,2-2058,…,2-2058}。
       其相应的最佳码的平均码长为
       L=(1-2-10)×1+2-10×(1+2048)=1+2=3
       H=H(2-10)+2-10·log2(22048)=0.0112+2-10×211=2.01112
       这个人为拼凑出来的信源主要说明了H+1只是最佳码平均码长L的上限,对于大多数合理的信源分布来说,L与H将会非常接近。