《信息论与编码》课程教学大纲

《信息论与编码》教学大纲课程名称：信息论与编码（InformationTheoryandCoding）课程编码：1501ZY049课程类别：专业基础-必修学分：1.5分总学时：24学时，其中，理论学时：24适用专业：电子信息工程先修课程：高等数学、线性代数、概率论与数理统计、信号与系统一、课程性质《信息论与编码》课程是电子信息工程（及卓越班）的一门专业必修课程，具有很强的工程性和实践性。本课程是一门应用概率统计方法来研究信息传输、存储和处理的科学，通过它建立通信系统的统计模型，并对系统中的每个部分进行系统描述；编码是基于信息理论在信源和信道中的应用。通过对本课程的学习，让学生能用信息论的思想思考客观世界中的事物，初步利用编码技术对所得的信息进行编码。着重培养学生能对实际通信系统进行抽象建模和分析通信系统中复杂工程问题的能力，为学习后续专业课程及从事通信领域的工作打下坚实的理论基础。二、课程目标（一）育人目标1、激发学生的学习热情，凝聚学生对社会主义核心价值观的共识。2、通过科学家故事学习科学精神，利用通信实际应用研究学习科技自信及爱国主义情怀，师生互动进行“三观”教育和学习方法指导。（二）知识和能力目标1、理解信息传输中一般科学规律，掌握信息理论与编码理论的基本概念、基本数学原理和基本分析方法（毕业要求1.4）；2、能够运用香农定理和编码方法，对通信系统中的信息传输和变化过程进行建模，并能为信息传输工程问题的研究做好理论基础（毕业要求1.4）。课程目标与毕业要求指标点对应关系课程目标毕业要求指标点课程目标11.4能将信号处理与传输等基础知识应用于信息的表示、信号的处理与传输等工程问题。课程目标2三、基本要求本课程是讲授信息传输和信息处理的基础理论，是电子信息工程专业的一门专业基础课。本课程围绕通信系统的需求阐述信息论的理论，包括信息及其度量、信道及其容量、无失真信源编码、率失真理论与各类编码定理等。通过课程学习，使学生能够较深刻地理解信息传输的基本理论，初步建立信息传输系统的整体概念，为后续专业课学习打下坚实的理论基础。教学过程中要注意与先修课程基础知识的联系，掌握信息理论与编码理论的基本概念、基本数学原理和基本分析方法。通过课程学习，使学生能够较深刻地理解信息传输的基本理论，初步建立信息传输系统的整体概念以及信源编码的基本概念和方法。四、教学内容分章节说明教学内容，课时安排，融入思政元素，并说明教学重点、主要教学模式（包括授课、自学、实验、课堂讨论、作业等）。章节教学内容学时思政元素教学模式对应课程目标1绪论2鼓励同学们学习香农好奇心强、重视实践、追求完美、永不满足的科学精神，以及一丝不苟、热爱专注的工作态度。课堂授课12信源与信息熵10引导团队的力量，一人强不是强，整体强才是真正强，引导学生注意团队合作意识，只有团队中每个人的能力都提高了，才能发挥团队的最强力量。课堂授课，课堂讨论、课后练习10题13信道与信道容4将信道类比为交通方式，由此引申出我国高铁、高速公路的建设，进而引申出我国脱贫攻坚农村道路的建设，泥泞的乡村小路随着我国脱贫攻坚战的打响正在逐渐消失，换来的是整洁的村容村貌。这都得益于我国的社会主义制度，中国共产党的领导。课堂授课，课堂讨论、课后练习4题14信息率失真函数2任何事物都有它存在的价值，我们要辩证地看待事物，也要辩证地认识自己。课堂授课，课堂讨论、课后练习2题25信源编码6教导学生们在做事时要抓住事物的主要矛盾，分清主次。课堂授课，课堂讨论、课后练习6题2第一章绪论1、信息论的形成和发展；2、信息理论研究的内容；3、通信系统的模型；4、信息论的应用。本章重点：了解信息理论的常用术语、信息论的发展及信息、消息、信号的关系与区别；理解信息理论研究的内容；掌握通信系统的模型及对其进行研究的意义。第二章信源与信息熵1、信源的描述及数学模型；2、离散信源熵和互信息；3、离散序列信源的熵；4、连续信源的熵和互信息；5、信源的冗余度。本章重点：了解信息；信源的分类及信源的数学模型；理解信息量度方法的意义和性质，理解离散信源的最大熵定理的意义；掌握各种信息量的计算方法，掌握离散无记忆信源及马尔可夫信源的量度。能力：能够将信源与信息熵用于分析信息传输系统的复杂工程问题。第三章信道与信道容量1、信道的基本概念；2、离散单个符号信道及其容量；3、离散序列信道及其容量；4、连续信道及其容量；5、信源和信道的匹配。本章重点：了解信道的分类及其数学模型；理解基本离散信道、无噪信道、离散无记忆信道及N次扩展信道的定义及描述；掌握信息速率R、简单信道C的计算方法。能力：能够用信道与信道容量有关知识解决通信系统中信道容量问题。第四章信息率失真函数1、信息率失真函数的概念和性质；2、离散信源和连续信源的R(D)计算。本章重点：了解引入信息率失真函数对研究信源的意义；理解信息率失真函数的定义及性质。第五章信源编码1、编码的概念；2、无失真信源编码定理；3、限失真信源编码定理；4、常用信源编码方法简介。本章重点：了解香农定理在信源编码中应用的意义；理解信源编码压缩的意义；掌握最佳编码方法，如变长、实用编码等基本原理和具体实现方法。能力：能够用信源编码方法分析通信系统中信源编码问题。五、教学方法本课程以“以学生为主体、以教师为主导”为教学理念。为了提高教学质量，增强学生的动手能力和综合分析能力，采用理论教学、课堂提问、课后习题相结合的教学方法，达到使学生掌握信息论与编码的基本理论、基础知识和分析方法的教学目标。主要教学环节包括课堂教学、课堂研讨、课堂和课后习题练习以及课后自学。课堂教学课堂教学以“互动式”方法为主导，在这一教学环节，学生以听课为主，并参与讨论。在教学中要充分利用多媒体辅助教学的优势，采用板书和PPT优势互补的授课方式。对于一些教学提纲、归纳小结、图文图示以及动画演示的内容，宜采用PPT。而对一些公式的推导，基本原理的解释，则用板书授课效果更好，互动性强，学生也能够跟随教师的思路来领会课堂知识。课堂提问、课后习题为了达到能让学生不仅吸收所学知识，并且将知识融会贯通、学以致用，课堂上教师采取引导性的提问，培养学生的思维能力和创新能力；作业是检验学生对所学知识掌握情况的有效的手段,布置作业时，从基础知识出发，引发学生思考，扩展学生思维,让学生在自己完成作业的过程中，使学生进一步理解和巩固课程所学的基本概念、基本理论和方法。课堂研讨授课过程中采用学生课前自学、课堂讨论、教师总结、课后答疑的双向教学方式。六、考核与评价方式及标准考核标准与成绩评定课程考核由平时成绩、期末考试两个部分进行成绩评定。平时成绩（百分制），包括课堂测验、作业等。平时成绩评价标准优秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）理解信息传输中一般科学规信息论概念清晰，主要概念清晰，但基本概念基本基本概念未掌律，掌握信息理论与编码理论分析得当。方案能部分分析有误。方清晰。尚能制握。不能制定的基本概念、基本数学原理和够解决问题，思路案主要思路、过程定方案。极小方案。大部分基本分析方法；能够运用香农清晰，计算正确。和计算过程正确。部分抄袭，符抄袭或者作业定理和编码方法，对通信系统独立完成作业，书独立完成作业，书号、单位等基不完整或未中的信息传输和变化过程进行写工整、清晰，符写清晰，主要符号、本规范。交。建模，并能为信息传输工程问号、单位等符合规单位等符合规范。题的研究做好理论基础。范。期末考试成绩：70%，考试方式为闭卷，题型包括：填空题、求信道容量、计算题、应用题、综合题。课程考试考核内容与要求基本要求评价标准比例（%）优秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69不合格（0-0.59）目标1掌握信息论有关概念，掌握各种信息量的计算，掌握离散无记忆信源及马尔可夫信源熵，学会简单信道C的计算。信息论基本概念回答正确，各种信息量和熵的计算正确，信道容量概念清晰，能够计算简单信道容量。信息论基本概念回答较正确，各种信息量和熵的计算较正确，信道容量概念较清晰，计算简单信道容量较正确。信息论基本概念回答基本正确，各种信息量和熵的计算基本正确，信道容量概念基本清晰，计算简单信道容量基本正确。信息论基本概念回答基本正确，各种信息量和熵的计算不正确，信道容量概念基本清晰，计算简单信道容量不正确。80目标2掌握信息率失真函数的定义及性质，掌握编码概念和香农定理，理解信源编码方法。信息率失真函数、信源编码概念清晰，能够理解香农编码定理，正确用信源编码方法实现香农编码、哈夫曼编码。信息率失真函数、信源编码概念较清晰，能够理解香农编码定理，正确用信源编码方法实现香农编码、哈夫曼编码。信息率失真函数、信源编码概念基本清晰，基本理解香农编码定理，基本能用信源编码方法实现香农编码、哈夫曼编码。信息率失真函数、信源编码概念不清晰，不理解香农编码定理，不能用信源编码方法实现香农编码、哈夫曼编码。20注：该表格中的比例为期末考试试卷成绩比例。成绩评定为：考试成绩*70%+平均平时成绩*30%。课程目标达成评价《信息论与编码》课程目标达成评价分析报告一、课程基本信息课程名称信息论与编码课程性质专业基础，必修学时学分24/1.5开课学期专业班级考核方式考试，闭卷任课教师：评价人员：课程组长，命题教师，阅卷教师二、课程目标达成评估课程目标支撑指标点课程目标评价数据源评价依据分值平均分达成度值Ki评价方式毕业要求1.4能将信号处理与传输等基础知识应用于信息的表示、信号的处理与传输等工程问题。目标1：理解信息传输中一般科学规律，掌握信息理论与编码理论的基本概念、基本数学原理和基本分析方法。期末考试：信息的基本知识（80分）T10=80试题构成说明T1=64�1*0.7+�1*0.3�10�10=0.8平时作业A10=100A1=81毕业要求1.4能将信号处理与传输等基础知识应用于信息的表示、信号的处理与传输等工程问题。目标2：能够运用香农定理和编码方法，对通信系统中的信息传输和变化过程进行建模，并能为信息传输工程问题的研究做好理论基础。期末考试：信源编码(20分)T20=20试题构成说明T2=16�2*0.7+�2*0.3�20�20=0.8平时作业A20=100A2=8