信息论与编码教案-王启军

安徽大学本科教学课程教案课程代码：ZJ36049课程名称：信息论与编码授课专业：信息安全授课教师：王啟军职称/学位：高级工程师/博士开课时间：二○一六至二○一七学年第2学期第1次课程教学方案周次1课时数2教学章节第一章概述目标要求要求学生明确本课程的学习目的及要求，初步了解本课程的特点及学习方法，掌握信息的基本概念和特点，了解信息论研究的对象、目的和内容，了解信息论的形成和发展趋势，以及目前信息论与编码的主要研究成果，激发学习信息论与编码的兴趣与热情重点难点重点：本课程的特点及学习方法、信息的基本概念与特点，信息论的主要研究对象、目的和内容难点：如何理解信息的概念、信息论及编码技术教学方式■课堂讲授□小组活动□实验演示□难点答疑■提问□作业讲评□实践教学□考试测验□其他活动媒体资源■文字教材■电子教案□录像材料□录音材料□直播课堂□CAI课件□IP课件□其他资源：课后作业1、信息、信号、消息的定义是什么？三者的关系如何？板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第一章绪论1.1信息论的形成和发展1948年以“通信的数学理论”（Amathematicaltheoryofcommunication）为题公开发表，标志着信息论的正式诞生。1.2通信系统的模型第1次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课本课程的学习目的、课程特点、教学要求及学习方法介绍讲授内容信息论与编码课程内容：消息是指担负着传送信息任务的单个符号或符号序列。包括文本、数据、语言、图形和图像等。是具体的。信号是消息的物理体现，为了在信道上传输消息，就必须把消息加载到具有某种物理特征的信号上去。是物理的。信息是消息中的未知成分（不确定性），或者说是消息中的有用成分。是抽象的。通信系统传输的是信号，信号是消息的载体，消息中的未知成分是信息。广义的通信系统模型归纳总结归纳总结信息的基本概念和特点、信息论研究的对象及目的和内容，以及信息论的形成和发展趋势第2次课程教学方案周次2课时数2教学章节信源与信息熵2.1基本概念：信源的描述与分类目标要求要求学生掌握信源的基本概念和特点及信源的描述，掌握离散无记忆信源、离散有记忆信源与马尔可夫信源的特点与描述方法。重点难点重点：信源的分类，离散信源与连续信源，无记忆信源与有记忆信源，马尔可夫信源难点：有记忆信源，马尔可夫信源教学方式■课堂讲授□小组活动□实验演示□难点答疑□提问□作业讲评□实践教学□考试测验□其他活动媒体资源■文字教材■电子教案□录像材料□录音材料□直播课堂□CAI课件□IP课件□其他资源：课后作业1、简述有记忆信源和无记忆信源的区别？板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第二章信源与信息熵2.1信源的描述与分类根据符号数量、取值范围对信源进行分类；对信源采用概率进行描述2.2.1无记忆信源符号之间没有关联。2.2.2有记忆信源2.2.3马尔可夫信源使用条件概率描述。第2次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课复习上节课的通信系统基本物理模型进行复习，对信源作简单介绍，并提出问题：什么是信源？信源可以用数学模型来描述吗？信源可以进行几种分类？讲授内容信源的类型：信源的定义：(2.1.1))(,),(,),(),(,,,,,)(2121niniapapapapaaaaXPX满足1)(,1)(01niiiapap归纳总结本次课主要对无记忆信源、有记忆信源、马尔可夫信源进行详细讲解，并对其中重难点进行总结概括第3次课程教学方案周次3课时数2教学章节信源与信息熵2.2离散信源熵的基本概念和性质目标要求要求学生掌握自信息量、离散信源熵概念及其求解方法，熟悉并掌握熵的一些基本性质。重点难点重点：自信息量、离散信源熵的概念及其求解方法、熵的性质。难点：离散信源熵概念及其求解方法、熵的性质。教学方式■课堂讲授□小组活动□实验演示□难点答疑□提问□作业讲评□实践教学□考试测验□其他活动媒体资源■文字教材■电子教案□录像材料□录音材料□直播课堂□CAI课件□IP课件□其他资源：课后作业1、习题2.1、2.2、2.3板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第二章信源与信息熵2.2离散信源熵的基本概念和性质2.2.1自信息量采用概率的负对数来度量2.2.2离散信源熵自信息量的平均值2.2.3熵的性质最大熵、非负性等第3次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课对上次课的重点进行复习，简单介绍本次课的主要内容，并提出问题：信息可否度量？信息量如何来量测？讲授内容自信息量：条件自信息量和联合自信息量：信息熵：信息熵与自信息量的区别与联系()log()2.1.3iiIapa（）归纳总结本次课主要对自信息量、离散信源熵等概念进行强调，最好对其中涉及到的重难点进行总结概括。第4次课程教学方案周次4课时数2教学章节第二章信源与信息熵2.3多符号离散平稳信源熵（序列熵）目标要求要求学生掌握离散序列信源熵的概念与求解方法，掌握离散无记忆信源的序列熵与离散有记忆信源的序列熵的概念、特点与求解方法。重点难点重点：离散序列信源熵的概念与求解方法、离散无记忆信源的序列熵与离散有记忆信源的序列熵的概念、特点与求解方法难点：离散有记忆信源的序列熵的概念、特点与求解方法教学方式■课堂讲授□小组活动□实验演示□难点答疑■提问□作业讲评□实践教学□考试测验□其他活动媒体资源■文字教材■电子教案□录像材料□录音材料□直播课堂□CAI课件□IP课件□其他资源：课后作业习题2.4、2.5、2.6板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第二章信源与信息熵2.3多符号离散平稳信源熵2.3.1多符号离散平稳信源的数学模型2.3.2离散平稳无记忆信源熵2.3.3离散平稳有记忆信源2.3.4马尔可夫信源的极限熵第4次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课对上次课的重点进行复习，简单介绍本次课的基本内容，问题的提出：a．如何描述离散无记忆序列信源的序列熵？b.如何描述离散有记忆序列信源（平稳序列和齐次遍历马氏信源）的序列熵？讲授内容无记忆多符号信源熵：二维信源的信源熵：平均符号熵和极限熵：归纳总结本次课主要对离散无记忆信源的序列熵、离散有记忆信源的序列熵进行详细讲解，并对其中涉及到的重难点进行总结概括。第5次课程教学方案周次5课时数2教学章节第三章无失真离散信源编码3.1~3.2小节目标要求要求学生了解信源编码的内容，掌握信源编码的定义，掌握无失真信源编码的内容：定长编码原理、变长编码原理重点难点重点：信源编码的定义、无失真信源编码的内容：定长编码原理、变长编码原理。难点：无失真信源编码的内容：定长编码原理、变长编码原理。教学方式■课堂讲授□小组活动□实验演示□难点答疑□提问□作业讲评□实践教学□考试测验□其他活动媒体资源■文字教材■电子教案□录像材料□录音材料□直播课堂□CAI课件□IP课件□其他资源：课后作业无板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第三章无失真离散信源编码3.1基本概念编码实质上是对信源的原始符号按一定的数学规则进行的一种变换。3.2无失真离散信源编码3.2.1定长编码原理3.2.2变长编码原理第5次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课怎样才能做到尽可能不失真而又快速的传递信息呢？首先需要解决一个问题：在不失真或允许一定失真的条件下，如何用尽可能少的符号来传送信源信息，这就要引入信源编码。讲授内容定长编码定理：变长编码定理：归纳总结本次课主要对信源编码的定义，无失真信源编码的内容进行详细介绍，总结其中的重点与难点。第6次课程教学方案周次6课时数2教学章节第三章无失真离散信源编码3.3~3.5小节目标要求要求学生了解信源编码的内容，掌握信源编码的定义，最佳变长编码以及最佳变长编码的三种编码方法：香农（Shannon）编码；费诺（Fano）编码；哈夫曼（Huffman）编码重点难点重点：最佳变长编码以及最佳变长编码的三种编码方法：香农（Shannon）编码；费诺（Fano）编码；哈夫曼（Huffman）编码。难点：哈夫曼（Huffman）编码，及其对相同概率的处理。教学方式■课堂讲授□小组活动□实验演示□难点答疑■提问□作业讲评□实践教学□考试测验□其他活动媒体资源■文字教材■电子教案□录像材料□录音材料□直播课堂□CAI课件□IP课件□其他资源：课后作业习题3.1、3.2、3.3、3.4板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第三章无失真离散信源编码3.3shannon编码3.4fano编码3.5huffman编码能获得最佳码的编码方法：香农（Shannon）编码；费诺（Fano）编码；哈夫曼（Huffman）编码平均码长和编码效率的计算；第6次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课大家经常使用的winzip压缩软件的工作原理，不同频率的字符其码字长度不相同。讲授内容Shannon编码：Fano编码：Huffman编码：归纳总结本次课主要对最佳变长编码及实现最佳变长编码的三种方法进行详细介绍，总结其中的重点与难点。第7次课程教学方案周次7课时数2教学章节第8章限失真信源编码目标要求要求学生掌握限失真编码定理的内容，掌握常用信源编码的几种方法：游程编码、算术编码、矢量量化、预测编码、变换编码重点难点重点：限失真编码定理，常用信源编码的几种方法：游程编码、算术编码、矢量量化、预测编码、变换编码难点：常用信源编码的几种方法：游程编码、算术编码、矢量量化、预测编码、变换编码教学方式■课堂讲授□小组活动□实验演示□难点答疑□提问□作业讲评□实践教学□考试测验□其他活动媒体资源■文字教材■电子教案□录像材料□录音材料□直播课堂□CAI课件□IP课件□其他资源：课后作业无板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第八章限失真信源编码5.3限失真信源编码定理5.4常用信源编码方法简介5.4.1游程编码5.4.2算术编码5.4.3矢量量化5.4.4预测编码5.4.5变换编码第7次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课对上次课的主要知识点进行复习，对本次课的主要内容进行简单介绍。讲授内容游程编码：差值编码：DPCM编码：归纳总结本次课主要对限失真编码定理，常用信源编码的几种方法：游程编码、算术编码、矢量量化、预测编码、变换编码内容进行详细介绍，总结其中的重点与难点。第8次课程教学方案周次8课时数2教学章节第四章离散信道容量目标要求要求学生掌握信道的基本概念，了解信道的分类，掌握信道参数与信道容量的定义及其求解方法重点难点重点：信道的基本概念、信道的分类、信道参数与信道容量的定义及其求解方法难点：信道参数与信道容量的定义及其求解方法教学方式■课堂讲授□小组活动□实验演示□难点答疑■提问□作业讲评□实践教学□考试测验□其他活动媒体资源■文字教材■电子教案□录像材料□录音材料□直播课堂□CAI课件□IP课件□其他资源：课后作业习题4.5板书设计（或PPT，空白不够可添加附页）第四章离散信道容量4.1互信息量及平均互信息量4.1.1互信息量的定义及性质4.1.2各种熵之间的关系4.2单符号离散信道的信道容量4.2.1单符号离散信道容量的定义4.2.2几种特殊离散信道的信道容量第8次教学活动设计教学环节内容设计与手段导入新课本章主要讨论在什么条件下，通过信道的信息量最大，即所谓的信道容量问题。本章概念和定理也较多，较为抽象，课堂教学时考虑多讲述一些例题，着重阐明定理和公式的物理意义，对较为繁琐的推倒过程做了部分省略讲授内容信道容量：信道的主要任务:以信号的形式传输和存储信息.在什么条件下,通过信道的信息量最大,即信道容量问题.归纳总结总结互信息量的定义和性质、信道的基本概念及分类和信道参数与信道容量的定义及其求解方法。第9次课程教学方案周次9课时数2教学章节第四章离散信道容量多符号离散信道的信道容量目标要求要求学生掌握离散序列信道及其容量的基本概念，了解离散无记忆扩展信道和独立并联信道的信道容量计算方法。重点难点重点：离散序列信道及其容量的基本概念，离散无记忆扩展信道和独立并联信道的信道容量计算方法难点：多符号离