《信息理论与编码》实验指导书
武汉理工大学教材中心
2009年7月
实验一 绘制二进熵函数曲线
一、实验目的
1.熟悉 Matlab 工作环境及工具箱；
2.掌握 Matlab 绘图函数；
3.理解熵函数表达式及其性质。
二、实验内容
实验内容与要求
内容：用 Matlab 软件绘制二进熵函数曲线。 要求：
1. 提前预习实验，认真阅读教材及相应的参考书，熟悉实验原理；
2. 遵守实验室规定，实验过程中服从实验室管理人员和实验指导老师的管理；
3. 独立完成实验，认真做好实验记录；
4. 实验结束后，认真填写实验报告。 知识要点
1. 信源熵的概念及其性质。参照教材及参考书。
2. 二进熵公式：
1201,01()1x x X p P X p p = = ??
??= ≤≤???? -????
()()log ()[log (1)log(1)]()
i i i
H X p x p x p p p p H p =- =-+-- =∑
注意：虽然理论上定义 0 · log0 = 0 ，但是，在实际运算时，对数函数 logx 的变量 x 不能取 0 值，而应设置一个系统默认的最小值 eps 。
三、实验总结
1、绘制二进熵函数曲线，观察曲线形状。
2、结合熵函数的性质，分析二进熵函数曲线的特点。
四、思考与提高
1、绘制三元熵函数曲线，观察曲线形状。
2、结合熵函数的性质，分析三元熵函数曲线的特点。
p=0.00001:0.00001:0.99999;
h=-p.*log2(p)-(1-p).*log(1-p);
plot(p,h);
title('二进熵函数曲线');
ylabel('H(p,1-p)');
p=linspace(eps,1-eps,100);
q=linspace(eps,1-eps,100);
[P,Q]=meshgrid(p,q);
P_Q=P+Q;
for n=1:100
for m=1:100
if P_Q(n,m)>=1
Q(n,m)=nan;
end
end
end
H=-P.*log2(P)-Q.*log2(Q)-(1-P-Q).*log2(1-P-Q);
mesh(P,Q,H);
title('三维熵函数图像');
实验二一般信道容量迭代算法
一、实验目的
1、熟悉Matlab 工作环境及工具箱；
2、掌握一般信道容量迭代算法的原理。
二、实验内容
实验内容与要求
内容：用Matlab 软件编程实现一般信道容量迭代算法。
要求：
1、提前预习实验，认真阅读相应的参考书，熟悉实验原理；
2、遵守实验室规定，实验过程中服从实验室管理人员和实验指导老师的管理；
3、独立完成实验，认真做好实验记录；
4、实验结束后，认真填写实验报告。
知识要点:：
1、一般信道容量迭代算法的原理。参照教材及参考书。
2、程序流程图如下：
其中：
（1）
（2）
实验提示：
1、设定不同的信道（对称信道、非对称信道），计算最佳输入分布，分析计算结果的异同。
2、设定不同的迭代精度，分析其对计算结果的影响。
三、实验总结
1、信道的性质与最佳输入分布的关系。
2、迭代精度对计算结果的影响。
四、思考与提高
1、编制一般信道容量迭代算法的通用程序，适应不同的信道特性。
2、优化程序，提高运算速度。
实验三二进制霍夫曼编码
一、实验目的
1、熟悉Matlab 工作环境及工具箱；
2、掌握霍夫曼编码的基本步骤；
3、利用MATLAB实现霍夫曼编码。
二、实验内容
实验内容与要求
内容：用Matlab 软件编程实现二进制霍夫曼编码。
要求：
1、提前预习实验，认真阅读相应的参考书，熟悉实验原理；
2、遵守实验室规定，实验过程中服从实验室管理人员和实验指导老师的管理；
3、独立完成实验，认真做好实验记录；
4、实验结束后，认真填写实验报告。
知识要点：
1、霍夫曼编码的基本原理。参照教材及参考书。
2、二进制霍夫曼编码方法。
基本原理：
变长编码
不要求所有码字长度相同，对不同概率的信源符号或序列，可赋予不同长度的码字。变长编码力求平均码长最小，此时编码效率最高，信源的冗余得到最大程度的压缩。
1）几种常用变长编码方法：
霍夫曼编码
费若编码
香农编码。
2）霍夫曼编码：
二进制霍夫曼编码
r进制霍夫曼编码
符号序列的霍夫曼编码。
3）二进制霍夫曼编码的编码过程：
将信源中n个符号按概率分布的大小，以递减次序排列起来；
用0和1码分别分配给概率最小的两个信源符号，并将这两个概率最小的信源符号合并成一个新符号，并用这两个最小概率之和作为新符号的概率，从而得到只包含n-1个符号的新信源，称为其缩减信源；
把缩减信源的符号仍按概率大小以递减次序排列，再将最后两个概率最小的符号合并成一个新符号，并分别用0和1码表示，这样又形成一个新缩减信源；
依次继续下去，直到缩减信源最后只剩两个符号为止。再将最后两个新符号分别用0和1 码符号表示。最后这两个符号的概率之和为1，然后从最后一级缩减信源开始，依编码路径右后向前返回，就得到各信源符号所对应得码符号序列，即对应得码字。
r进制霍夫曼编码
由二进制霍夫曼编码可推广到r进制霍夫曼编码，只是每次求缩减信源时，改求r个最小概率之和，即将r个概率最小符号缩减为一个新符号，直到概率之和为1。但要注意，即缩减过程中可能到最后没有r个符号。为达次目的，可给信源添加几个概率为零的符号。
符号序列的霍夫曼编码
对信源编码除了对信源符号编码以外，也可对信源符号序列编码，一般来说，对序列编码比对单个符号更为有效。
实验提示：
1、取得信源概率分布，并进行合法性判断；
2、对信源概率分布进行降序排列；
x=fliplr(sort(x))
3、建立空的编码表—构造一个零矩阵；
B=zeros(n,n-1)
4、将信源概率分布及以后产生的缩减序列放入矩阵的某一列；
5、利用得到的编码矩阵获得各元素的编码结果并输出。
三、实验总结
1、变长编码和定长编码的优缺点。
2、二进制霍夫曼编码的特点。
四、思考与提高
比较各种无失真信源编码算法的优缺点。
实验四线性分组码的信道编码和译码
一、实验目的
1、熟悉Matlab 工作环境及工具箱；
2、掌握线性分组码的编码、译码原理以及纠错原理。
二、实验内容
实验内容与要求
内容：用Matlab 软件编程实现线性分组码的信道编码和译码。
要求：
1、提前预习实验，认真阅读相应的参考书，熟悉实验原理；
2、遵守实验室规定，实验过程中服从实验室管理人员和实验指导老师的管理；
3、独立完成实验，认真做好实验记录；
4、实验结束后，认真填写实验报告。
知识要点：
1、线性分组码的编码、译码原理。参照教材及参考书。
2、线性分组码的设计。
基本原理：首先，将信息序列分成K个符号一组，然后，在信息组中加入一些校验码元，组成N长码字，由此得到（N，K）分组码。（N，K）分组码中任一码字的码长为N，所含的信息位数目为K，校验位数目为r=N－K，且码中任意两个码字的和仍为码字。
例如，对于（5，2）分组码，N=5，K=2，其编码函数f 为
由编码函数可知：c ( 码字 )= m( 信息矩阵 ) G （生成矩阵）
其中，生成矩阵
当生成矩阵G 确定后，编码的问题就解决了。又由编码函数的后 3 个方程可以确定
校验方程，对应的矩阵形式为或，式中，H 称为一致性校验矩阵。
一致性校验矩阵如下：
H 与G 的关系：，。
纠错译码时，若发送码字为 c ，则接收序列为y ，校正子S=y*=e* 。因此，可以得到译码c=y e( 模 2 和) 。其中，e称为差错图样。S是传输是否出错的标志，称为伴随式。
(5,2) 线性分组码的最小汉明距离为d min=3，能够检出2 位错误或纠正1 位错误。
线性分组码的信道编码和译码流程图：
图 1 线性分组码信道编码流程图
图 2 线性分组码信道译码流程图
实验提示：
1、线性分组码中生成矩阵、校验矩阵、伴随式之间的关系。
2、在计算矩阵时，注意位操作运算。
三、实验总结
1、根据不同的线性分组码，观察生成矩阵和校验矩阵的特性。
2、根据不同的线性分组码，分析检错和纠错能力。
四、思考与提高
1、编制线性分组码的信道编码和译码的通用程序，适应不同的生成矩阵和校验矩阵。
2、优化程序，提高运算速度。
实验五分组乘积Turbo码动态迭代译码算法
一、实验目的
1.熟悉Matlab 工作环境及工具箱；
2.掌握分组乘积Turbo码的编码、译码原理。
二、实验内容
实验内容与要求
内容：用Matlab编程实现分组乘积Turbo码动态迭代译码仿真、并试着对其算法提出优化方法。
要求：
1. 提前预习实验，认真阅读教材及相应的参考书，熟悉实验原理；
2. 遵守实验室规定，实验过程中服从实验室管理人员和实验指导老师的管理；
3. 独立完成实验，认真做好实验记录；
4. 实验结束后，认真填写实验报告。
知识要点
1. 分组乘积Turbo码
（简称TPC码）是一类将分组码进行串行级联，并采用分组交织器构成的级联码，是一种构造十分简单的纠错码，它是香农信息理论提出后第一个在非零码率时可以实现无误码传输的纠错编码。采用迭代译码方法，可发挥该码的良好性能，并特别适合于高速硬件译码。
2. TPC码的编码结构
在乘积码中，分量码一般采用线性分组码，其结构简单，易于实现。
乘积码的编码过程可以分为三个步骤：
（1）将信息元填入一个m2行m1列的矩阵；
（2）对矩阵的每一行用一个（n1，m1）系统分组码k1进行编码，得到一个m2行n1列的矩阵；
（3）对这个矩阵的每一列用一个（n2，m2）系统分组码k2进行编码，最终得到一个n2行n1列的矩阵。
这样得到的纠错码是一个（n1*n2，m1*m2）分组码，所以称为乘积码。
3. TPC码的译码算法
Chase算法是一种找码字D 的低复杂度的次优算法。
4.TPC码的迭代译码
在迭代过程中行译码和列译码交替进行，相互之间提供外信息，每进行一次行译码或列译码可以看作半次迭代。
注意：增加迭代次数可以提高TPC码的纠错性能，但是当迭代达到一定限度以后，译码性能就呈现出饱和的趋势。
三、实验总结
1、分组乘积Turbo码动态迭代译码分析、仿真。
2、针对相应算法提出改进意见。
四、思考与提高
1、当使用不同收敛率的两组参数，比较其迭代的次数，并分析那种参数可以起到改善译码性能的目的。
实验六MIMO系统信道容量分析
一、实验目的
1.熟悉Matlab 工作环境及工具箱；
2.掌握Matlab 绘图函数；
3.理解MIMO系统信道容量的分析方法。
二、实验内容
实验内容与要求
内容：用Matlab 软件实现对一些典型MIMO系统信道容量进行仿真。
要求：
1. 提前预习实验，认真阅读教材及相应的参考书，熟悉实验原理；
2. 遵守实验室规定，实验过程中服从实验室管理人员和实验指导老师的管理；
3. 独立完成实验，认真做好实验记录；
4. 实验结束后，认真填写实验报告。 知识要点
1. MIMO ：
多输入多输出无线通信系统。提高通信系统的容量和频谱利用率，是新一代移动通信系统采用的关键技术。
2. MIMO 系统模型
MIMO 系统的输入输出关系可表示为
y Hx ε=+
式中，01(,,...,1)T T
n x x x x =-，xn 表示从第n 根发射天线发射的信号。 3. MIMO 信道容量
这里主要考虑当接收机已知信道状态信息而发射机不知道信道状态信息的信道条件．在这种信道条件下，可利用
1
'0
(ln(1/))T R M n n i T i C E n ρλ-==+∑
三、实验总结
1、信道矩阵为一个确定性的数值矩阵时的信道容量。
2、信道传输矩阵H 为全1矩阵时的情况。
四、思考与提高
1、比较MIMO 系统与传统SISO 系统之间的区别。
附录：（参考程序）
1、计算任意多个符号信源的熵
function H=entropy(p)
% 该函数用来计算包含任意多个符号的信源熵（比特）
% p为DMS的概率分布，行向量
if sum(p)~=1 % 判断是否满足概率完备性
error(' !!!不满足概率完备性，请重新输入信源分布')
return;
else
L=length(p) % 得到信源符号的个数
H=0; % 熵值初始化为零
for i=1:L
H=H-p(i)*log2(p(i)); % 累加熵函数各个子项
end
end
Matlab函数说明：
(1)sum(A)：求数组A的元素之和
(2)length(X)：求矢量X的长度
(3)log2(X)：计算以2为底X的对数
(4)error：显示错误信息
2、绘制二元信源熵函数曲线
clc
% 让概率从一个很小的数0.000001开始变化，步长为0.001：
p=0.000001:0.001:1;
h=-p.*log2(p)-(1-p).*log2(1-p); % log2也可以计算矢量，结果也为矢量plot(p,h);
title('二符号信源熵函数曲线');
ylabel('H(p,1-p)')
运行结果：
3、绘制三元熵函数曲线
p=linspace(eps,1-eps,100);
q=linspace(eps,1-eps,100);
[P,Q]=meshgrid(p,q);
P_Q=P+Q;
for n=1:100
for m=1:100
if P_Q(n,m)>=1
Q(n,m)=nan;
end
end
end
H=-P.*log2(P)-Q.*log2(Q)-(1-P-Q).*log2(1-P-Q);
mesh(P,Q,H)
title('三维熵函数的图形')
程序说明：
（1）eps：极小值，避免0概率事件
（2）meshgrid：语法[X,Y] = meshgrid(x,y) 将矢量x和y规定的区域变换为数组X和Y，X和Y可用于计算2自变量函数或绘制3维网格/表面。X的各行均为矢量x；Y的各列均为矢量y。
(3) nan：无效值
（4）mesh：绘制网格曲面
运行结果：
4．将迭代算法用matlab代码实现如下
function answer=chacap(Pt)
% Pt：信道矩阵
% 用matalb的eps代替信道矩阵内的元素0以避免对0取对数% C：信道容量
[r,s]=size(Pt); % 确定输入和输出符号个数
Pi=ones(1,r)/r; % 行向量，输入分布初始化为等概
Cn=0; % C(n)初始化为0
Cn1=inf; % C'(n)初始化为无穷大
beta=ones(1,r); % 偏互信息的指数
I=1; % 互信息初始化为1
while abs(Cn-Cn1)>=1.0e-004 % 迭代误差限
for k=1:r
Pi(k)=Pi(k)*beta(k)/I; % 更新输入分布
end
% 以下计算beta(k):
Po=Pi*Pt ; % 输出概率
for k=1:r
bt=0; % 中间变量
for j=1:s
bt=bt+Pt(k,j)*log(Pt(k,j)/Po(j));
end
beta(k)=exp(bt);
end
I=Pi*beta'; % 各β的加权平均
Cn=log(I); %
Cn1=log(max(beta)); % 各β的最大值
end
C=Cn*log2(exp(1)); % 比特
answer=sprintf('该信道的信道容量C = %f 比特/信道符号',C);
程序说明：
（1）ones：创建一个全1的数组
（2）inf：无穷大
（3）abs：求绝对值
（4）该程序返回字符串answer
5、绘制二进制对称信道平均互信息量Matlab实现
[p,q]=meshgrid(0.000001:0.01:1,0.000001:0.01:1);
Hnoise=-p.*log2(p)-(1-p).*log2(1-p); % 噪声熵
x=(1-p).*q+p.*(1-q);
I=-x.*log2(x)-(1-x).*log2(1-x)-Hnoise;
mesh(p,q,I)
运行结果：
分析说明：
从图上可以看出：信道给定的条件下，平均互信息随信源分布呈现上凸性，具有最大值。而在信源给定的条件下，平均互信息随信道转移概率呈现下凸性，具有最小值。
6、编制LZW算法
function [CodeStream,CS_hexa,CS_binary,CompressionRatio]=lzw(SourceSeq)
% 采用8比特LZW编码，首先构造一个包含256个“单词”的字典,
% 可以对ASCII码表中字符构成的序列进行编码
% SourceSeq：信源符号序列
% CodeStream：单词位置构成的码流序列
% CS_hexa：3位16进制数表示的位置码
% CS_binary：12比特表示的位置码序列
% CompressionRatio：压缩比
SourceSeq=uint8(SourceSeq);
dict = cell(1,256); % 字典初始化
for i = 1:256,
dict{i} = uint8(i-1); % 用2个字节表示前缀字符
end
CodeStream=SourceSeq; % 输出码流初始化
i_CS=1; % 码流索引
len_seq=length(SourceSeq);
W1=[]; % 前缀初始化为空
for i=1:len_seq
W2=SourceSeq(i); % 读取第i个序列符号W，必定存在于字典中
neword=[W1 W2]; % 组成一个新单词neword
position=poscode(neword,dict); % 在字典中查找新单词
if isempty(position) % 字典中没有neword
dict{end+1}=neword; % 将新单词添加到字典中
ps=poscode(W1,dict); % 获得W1的位置码
CodeStream(i_CS)=ps; % 输出W1的位置码
W1=W2; % 前缀更新为W2
i_CS=i_CS+1; %
else % 字典中已有新单词
W1=neword; % 更新前缀为新单词
end
end
CodeStream(i_CS+1:end)=[];
CS_hexa=dec2hex(CodeStream,3); % 每个位置码用12比特(3位16进制数)来表示CS_binary=dec2bin(CodeStream,12); % 每个位置码用12比特来表示NumCodeword=length(CodeStream); % 码字个数
CompressionRatio=len_seq*8/(12*NumCodeword); % 计算压缩比
function position = poscode(word,dict)
position=[]; % 位置码初始化为空
if length(word)==1 % word只包含一个字符
position=word; % 该字符的ASCII码即为其位置码
实验五霍夫曼编码 一、实验目的 1、熟悉Matlab 工作环境及工具箱； 2、掌握霍夫曼编码的基本步骤； 3、利用MATLAB实现霍夫曼编码。 二、实验内容 （1）熟悉理解Huffman编码的过程 （2）将给定的数据进行Huffman编码 知识要点： 1、霍夫曼编码的基本原理。参照教材及参考书。 2、二进制霍夫曼编码方法。 1. 基本原理： 变长编码 不要求所有码字长度相同，对不同概率的信源符号或序列，可赋予不同长度的码字。变长编码力求平均码长最小，此时编码效率最高，信源的冗余得到最大程度的压缩。 1）几种常用变长编码方法： 霍夫曼编码 费若编码 香农编码。 2）霍夫曼编码： 二进制霍夫曼编码 r进制霍夫曼编码 符号序列的霍夫曼编码。 3）二进制霍夫曼编码的编码过程： 将信源中n个符号按概率分布的大小，以递减次序排列起来； 用0和1码分别分配给概率最小的两个信源符号，并将这两个概率最小的信源符号合并成一个新符号，并用这两个最小概率之和作为新符号的概率，从而得到只包含n-1个符号的新信源，称为其缩减信源； 把缩减信源的符号仍按概率大小以递减次序排列，再将最后两个概率最小的符号合并
成一个新符号，并分别用0和1码表示，这样又形成一个新缩减信源； 依次继续下去，直到缩减信源最后只剩两个符号为止。再将最后两个新符号分别用0和1 码符号表示。最后这两个符号的概率之和为1，然后从最后一级缩减信源开始，依编码路径右后向前返回，就得到各信源符号所对应得码符号序列，即对应得码字。 r进制霍夫曼编码 由二进制霍夫曼编码可推广到r进制霍夫曼编码，只是每次求缩减信源时，改求r个最小概率之和，即将r个概率最小符号缩减为一个新符号，直到概率之和为1。但要注意，即缩减过程中可能到最后没有r个符号。为达次目的，可给信源添加几个概率为零的符号。 符号序列的霍夫曼编码 对信源编码除了对信源符号编码以外，也可对信源符号序列编码，一般来说，对序列编码比对单个符号更为有效。 2 数据结构与算法描述 1）变量及函数的定义 3 实验数据与实验结果（可用文字描述或贴图的方式进行说明） 1）测试数据 0.2 0.1 0.3 0.1 0.1 0.2 2）实验结果
信息安全技术实验指导书通信 江苏科技大学电子信息学院 2010-3-28
前言 课程名称：网络安全/信息安全技术 适用对象：通信专业/运算机专业 学时学分：1、课时共32学时，2学分，其中实验时数8学时。 2、课时共48学时，3学分，其中实验时数10学时。 在飞速进展的网络时代，专门是电子商务时代，信息安全（专门是网络安全）越来越表现出其重要性，研究和学习信息安全知识,并把握相应主流技术迫在眉睫。信息安全的内容涉及信息安全的差不多理论框架，包括网络安全框架、对称密码技术、公布钥密码技术、HASH 函数、MAC 函数等差不多密码学理论，同时也涉及到更高层的基于密码技术的安全协议分析和应用，也兼顾网络入侵、恶意软件、防火墙等网络安全技术。 信息安全技术作为一门综合性科目，要求学生应具备较全面较扎实的理论基础，课程基础涉及范畴广，课程理论相对比较抽象和纷杂，因而同学们在学习中会有一定难度。为了使理论教学与实践教学紧密结合，注重学生的明白得和动手能力培养，我们安排了信息安全系列实验内容来配合教学环节，期望同学们能认真独立的完成实验内容，增进对课程内容的明白得，提高自己理论联系实际的能力，提高自己独立摸索解决问题的能力。 本实验采纳了一些信息安全方面开放源码的较成熟的软件包和部分商业化并可用于教学目的的软件产品作为试验的差不多平台，这有利于同学们能够充分利用因特网进行更多的试验内容的收集和进一步研究的展开，充分利用网络信息安全相关资源，将更有助于本实验内容的良好完成。 依照教学大纲的要求以及现有实验设备条件，对本课程的实验部分安排了12学时的上机操作，具体分为5次进行，其安排如下： 实验一：密码学算法应用 实验二：网络扫描与侦听 实验三：远程操纵与威逼分析 实验四：PGP软件应用 实验五：操作系统安全配置 实验六：入侵检测 为了让学生能够比较好的完成实验，在做实验前需要做下述预备： 1．实验前的预备工作 ①认真复习理论教学内容及相关资料。 ②认真查询相关实验资料，做好预习预备。 2．实验时应注意的事项
苯甲酸红外光谱的测绘—溴化钾压片法制样 一、实验目的 1、了解红外光谱仪的基本组成和工作原理。 2、熟悉红外光谱仪的主要应用领域。 3、掌握红外光谱分析时粉末样品的制备及红外透射光谱测试方法。 4、熟悉化合物不同基团的红外吸收频率范围．学会用标准数据库进行图谱检索 及化合物结构鉴定的基本方法。 二、实验原理 红外光谱分析是研究分子振动和转动信息的分子光谱。当化合物受到红外光照射，化合物中某个化学键的振动或转动频率与红外光频率相当时，就会吸收光能，并引起分子永久偶极矩的变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应频率的透射光强度减弱。分子中不同的化学键振动频率不同，会吸收不同频率的红外光，检测并记录透过光强度与波数(1/cm)或波长的关系曲线，就可得到红外光谱。红外光谱反映了分子化学键的特征吸收频率，可用于化合物的结构分析和定量测定。 根据实验技术和应用的不同，我们将红外光划分为三个区域：近红外区(0.75~2.5μm；13158~40001/cm)，中红外区(2.5~25μm；4000~4001/cm)和远红外区(25~1000μm；400~101/cm)。分子振动伴随转动大多在中红外区，一般的红外光谱都在此波数区间进行检测。 傅立叶变换红外光谱仪主要由红外光源、迈克尔逊干涉仪、检测器、计算机和记录系统五部分组成。红外光经迈克尔逊干涉仪照射样品后，再经检测器将检测到的信号以干涉图的形式送往计算机，进行傅立叶变换的数学处理，最后得到红外光谱图。
傅立叶变换红外光谱法具有灵敏度高、波数准确、重复性好的优点，可以广泛应用于有机化学、金属有机化学、高分子化学、催化、材料科学、生物学、物理、环境科学、煤结构研究、橡胶工业、石油工业（石油勘探、润滑油、石油分析等）、矿物鉴定、商检、质检、海关、汽车、珠宝、国防科学、农业、食品、生物医学、生物化学、药学、无机和配位化学基础研究、半导体材料、法庭科学（司法鉴定、物证检验等）、气象科学、染织工业、日用化工、原子能科学技术、产品质量监控（远距离光信号光谱测量：实时监控、遥感监测等）等众多方面。 三、仪器和试剂 1、Nicolet 5700 FT-IR红外光谱仪（美国尼高力公司） 2、压片机（日本岛津公司） 3、压片模具（日本岛津公司） 4、玛瑙研钵（日本岛津公司） 5、KBr粉末（光谱纯，美国尼高力公司） 6、苯甲酸（分析纯） 四、实验步骤 1、样品的制备（溴化钾压片法）
本科生实验报告 实验课程信息论与编码 学院名称信息科学与技术学院 专业名称通信工程 学生姓名 学生学号 指导教师谢振东 实验地点6C601 实验成绩 二〇一五年十一月二〇一五年十一月
实验一：香农（Shannon ）编码 一、实验目的 掌握通过计算机实现香农编码的方法。 二、实验要求 对于给定的信源的概率分布，按照香农编码的方法进行计算机实现。 三、实验基本原理 给定某个信源符号的概率分布，通过以下的步骤进行香农编码 1、将信源消息符号按其出现的概率大小排列 )()()(21n x p x p x p ≥≥≥ 2、确定满足下列不等式的整数码长K i ； 1)(l o g )(l o g 22+-<≤-i i i x p K x p 3、为了编成唯一可译码，计算第i 个消息的累加概率 ∑ -== 1 1 )(i k k i x p p 4、将累加概率P i 变换成二进制数。 5、取P i 二进制数的小数点后K i 位即为该消息符号的二进制码。 四、源程序： #include int i,j; for(i=0;i 网络信息安全技术实验指导书 江苏科技大学电子信息学院 2010-3-28 前言 课程名称：网络安全/信息安全技术 适用对象：通信专业/计算机专业 学时学分：1、课时共32学时，2学分，其中实验时数8学时。 2、课时共48学时，3学分，其中实验时数10学时。 在飞速发展的网络时代，特别是电子商务时代，信息安全（特别是网络安全）越来越表现出其重要性，研究和学习信息安全知识,并掌握相应主流技术迫在眉睫。信息安全的内容涉及信息安全的基本理论框架，包括网络安全框架、对称密码技术、公开钥密码技术、HASH 函数、MAC 函数等基本密码学理论，同时也涉及到更高层的基于密码技术的安全协议分析和应用，也兼顾网络入侵、恶意软件、防火墙等网络安全技术。 信息安全技术作为一门综合性科目，要求学生应具备较全面较扎实的理论基础，课程基础涉及范围广，课程理论相对比较抽象和繁杂，因而同学们在学习中会有一定难度。为了使理论教学与实践教学紧密结合，注重学生的理解和动手能力培养，我们安排了信息安全系列实验内容来配合教学环节，希望同学们能认真独立的完成实验内容，增进对课程内容的理解，提高自己理论联系实际的能力，提高自己独立思考解决问题的能力。 本实验采用了一些信息安全方面开放源码的较成熟的软件包和部分商业化并可用于教学目的的软件产品作为试验的基本平台，这有利于同学们能够充分利用因特网进行更多的试验内容的收集和进一步研究的展开，充分利用网络信息安全相关资源，将更有助于本实验内容的良好完成。 根据教学大纲的要求以及现有实验设备条件，对本课程的实验部分安排了12学时的上机操作，具体分为5次进行，其安排如下： 实验一：密码学算法应用 实验二：网络扫描与侦听 实验三：远程控制与威胁分析 实验四：PGP软件应用 实验五：操作系统安全配置 实验六：入侵检测 为了让学生能够比较好的完成实验，在做实验前需要做下述准备： 1．实验前的准备工作 ①认真复习理论教学内容及相关资料。 ②认真查询相关实验资料，做好预习准备。 2．实验时应注意的事项 实验报告 课程名称：信息论与编码姓名： 系：专 业：年 级：学 号：指导教 师：职 称： 年月日 目录 实验一信源熵值的计算 (1) 实验二Huffman 信源编码. (5) 实验三Shannon 编码 (9) 实验四信道容量的迭代算法 (12) 实验五率失真函数 (15) 实验六差错控制方法 (20) 实验七汉明编码 (22) 实验一信源熵值的计算 、实验目的 1 进一步熟悉信源熵值的计算 2 熟悉Matlab 编程 、实验原理 熵(平均自信息)的计算公式 q q 1 H(x) p i log2 p i log2 p i i 1 p i i 1 MATLAB实现：HX sum( x.* log2( x))；或者h h x(i)* log 2 (x(i )) 流程：第一步：打开一个名为“ nan311”的TXT文档，读入一篇英文文章存入一个数组temp，为了程序准确性将所读内容转存到另一个数组S，计算该数组中每个字母与空格的出现次数( 遇到小写字母都将其转化为大写字母进行计数) ，每出现一次该字符的计数器+1；第二步：计算信源总大小计算出每个字母和空格出现的概率；最后，通过统计数据和信息熵公式计算出所求信源熵值(本程序中单位为奈特nat )。 程序流程图： 三、实验内容 1、写出计算自信息量的Matlab 程序 2、已知：信源符号为英文字母(不区分大小写)和空格输入：一篇英文的信源文档。输出：给出该信源文档的中各个字母与空格的概率分布，以及该信源的熵。 四、实验环境 Microsoft Windows 7 五、编码程序 #include"stdio.h" #include 学生姓名 指导教师 所属系部 专业班级 计算机科学与技术学院 信息管理教研室 《信息系统安全》课程 实验指导书 实验1 信息系统安全性能管理 一、实验名称：信息系统安全性能管理 二、实验目的：掌握任务管理器、事件查看器的基本操作 三、实验课时：2课时 四、实验步骤： 1、任务管理器的使用 (1) 关闭应用程序 a. 结束正在执行的任务 调出任务管理器的方法有按Ctrl+Alt+Del或Ctrl+Shift+Esc三个组合键。另外在不是紧急调出任务管理器的情况下我们还可以用右键单击任务栏上的空白处，然后单击“任务管理器”，这样同样可以打开任务管理器。 b. 关闭不必要的进程 右击“任务栏” →任务管理器→进程，除了以下八个基本进程以外其他能关闭的进程都将其关闭以提升电脑自身的运转速率。 Csrss.exe：这是子系统服务器进程，负责控制Windows创建或删除线程以及16位的虚拟DOS环境。 System Idle Process：这个进程是作为单线程运行在每个处理器上，并在系统不处理其它线程的时候分派处理器的时间。 Smss.exe：这是一个会话管理子系统，负责启动用户会话。 Services.exe：系统服务的管理工具。 Lsass.exe：本地的安全授权服务。 Explorer.exe：资源管理器(这个进程不能结束，若不小心结束了可打开资源管理器，在文件中选择新建任务，把这一项添加即可)。 Spoolsv.exe：管理缓冲区中的打印和传真作业。 Svchost.exe：系统启动的时候，Svchost.exe将检查注册表中的位置来创建需要加载的服务列表，如果多个Svchost.exe同时运行，则表明当前有多组服务处于活动状态；多个DLL文件正在调用它。 《智能仪器》实验指导书 适用专业：电子信息专业 说明：实验课时数为8节课，可从以下实验中自行选取8学时进行实验 实验一模拟信号调理实验(有源滤波器的设计) 一、实验目的 1. 熟悉运算放大器和电阻电容构成的有源波器。 2. 掌握有源滤波器的调试。 二、实验学时 课内：2学时课外：2学时 三、预习要求 1. 预习有源低通、高通和带通滤波器的工作原理 2. 已知上限截止频率fH=480Hz，电容C=0.01uF,试计算图1所示电路形式的巴特沃斯二阶低通滤波器的电阻参数，运放采用OP-07。 3. 将图2中的电容C改为0.033uF,此时图2所示高通滤波器的下限截止频率fL=?。 四、实验原理及参考电路 在实际的电子系统中输入信号往往包含有一些不需要的信号成份,必须设法将它衰减到足够小的程度,或者把有用信号挑选出来。为此,可采用滤波器。 考虑到高于二阶的滤波器都可以由一阶和二阶有源滤波器构成，下面重点研究二阶有源滤波器。 1．二阶有源低通滤波器 二阶有源低通滤波器电路如图1所示。可以证明其幅频响应表达式为 图1 二阶有源低通滤波器图2 二阶有源高通滤波器 式中： 上限截止频率 当Q=0.707时，这种滤波器称为巴特沃斯滤波器。 2. 二阶有源高通滤波器 如果将图1中的R和C的位置互换，则可得二阶高通滤波器电路，如图2所示。令 和 可得其幅频响应表达式为 其下限截止频率 五、实验内容 1. 已知截止频率fH=200Hz，试选择和计算图1所示电路形式的巴特沃斯二阶低通滤波器的参数。运算放大器用OP-07。 2. 按图1接线，测试二阶低通滤波器的幅频响应。测试结果记入表1中。 表1 Vi=0.1V(有效值)的正弦信号 3. 按图2接线，测试二阶高通滤波器的幅频响应。测试结果记入表2中。 表2 Vi=0.1V(有效值)的正弦信号 4. 将图2中的电容C改为0.033uF，同时将1的输出与图2的输入端相连，测试它们串联起来的幅频响应。测试结果记入表3中。 表3 Vi=0.1V(有效值)的正弦信号 六、实验报告要求 《信息论与信源编码》实验报告 1、实验目的 (1) 理解信源编码的基本原理； (2) 熟练掌握Huffman编码的方法； (3) 理解无失真信源编码和限失真编码方法在实际图像信源编码应用中的差异。 2、实验设备与软件 (1) PC计算机系统 (2) VC++6.0语言编程环境 (3) 基于VC++6.0的图像处理实验基本程序框架imageprocessing_S (4) 常用图像浏览编辑软件Acdsee和数据压缩软件winrar。 (5) 实验所需要的bmp格式图像（灰度图象若干幅） 3、实验内容与步骤 (1) 针对“图像1.bmp”、“图像2.bmp”和“图像3.bmp”进行灰度频率统计（即计算图像灰度直方图），在此基础上添加函数代码构造Huffman码表，针对图像数据进行Huffman编码，观察和分析不同图像信源的编码效率和压缩比。 (2) 利用图像处理软件Acdsee将“图像1.bmp”、“图像2.bmp”和“图像 3.bmp”转换为质量因子为10、50、90的JPG格式图像（共生成9幅JPG图像），比较图像格式转换前后数据量的差异，比较不同品质因素对图像质量的影响； (3) 数据压缩软件winrar将“图像1.bmp”、“图像2.bmp”和“图像3.bmp”分别生成压缩包文件，观察和分析压缩前后数据量的差异； (4) 针对任意一幅图像，比较原始BMP图像数据量、Huffman编码后的数据量（不含码表）、品质因素分别为10、50、90时的JPG文件数据量和rar压缩包的数据量，分析不同编码方案下图像数据量变化的原因。 4、实验结果及分析 (1)在VC环境下，添加代码构造Huffman编码表，对比试验结果如下： a.图像1.bmp： 网络信息安全技术实验指导书 XX科技大学电子信息学院 2010-3-28 前言 课程名称：网络安全/信息安全技术 适用对象：通信专业/计算机专业 学时学分：共32学时，2学分，其中实验时数12学时。 在飞速发展的网络时代，特别是电子商务时代，信息安全（特别是网络安全）越来越表现出其重要性，研究和学习信息安全知识,并掌握相应主流技术迫在眉睫。信息安全的内容涉及信息安全的基本理论框架，包括网络安全框架、对称密码技术、公开钥密码技术、HASH 函数、MAC 函数等基本密码学理论，同时也涉及到更高层的基于密码技术的安全协议分析和应用，也兼顾网络入侵、恶意软件、防火墙等网络安全技术。 信息安全技术作为一门综合性科目，要求学生应具备较全面较扎实的理论基础，课程基础涉及X围广，课程理论相对比较抽象和繁杂，因而同学们在学习中会有一定难度。为了使理论教学与实践教学紧密结合，注重学生的理解和动手能力培养，我们安排了信息安全系列实验内容来配合教学环节，希望同学们能认真独立的完成实验内容，增进对课程内容的理解，提高自己理论联系实际的能力，提高自己独立思考解决问题的能力。 本实验采用了一些信息安全方面开放源码的较成熟的软件包和部分商业化并可用于教学目的的软件产品作为试验的基本平台，这有利于同学们能够充分利用因特网进行更多的试验内容的收集和进一步研究的展开，充分利用网络信息安全相关资源，将更有助于本实验内容的良好完成。 根据教学大纲的要求以及现有实验设备条件，对本课程的实验部分安排了12学时的上机操作，具体分为5次进行，其安排如下： 实验一：密码学算法应用 实验二：网络扫描与侦听 实验三：远程控制与威胁分析 实验四：PGP软件应用 实验五：操作系统安全配置 实验六：入侵检测 为了让学生能够比较好的完成实验，在做实验前需要做下述准备： 1．实验前的准备工作 混凝土基本理论及钢桁架静力测试试验指导书 试验一、钢筋混凝土受弯构件正截面破坏试验 一、试验目的 1．了解受弯构件正截面的承载力大小、挠度变化及裂缝出现和发展过程； 2．观察了解受弯构件受力和变形过程的三个工作阶段及适筋梁的破坏特征； 3．测定受弯构件正截面的开裂荷载和极限承载力，验证正截面承载力计算方法。 二、试件、试验仪器设备 1．试件特征 （1）. 根据试验要求，试验梁的混凝土强度等级为C20，纵向受力钢筋强度等级Ｉ级。 （2）. 试件尺寸及配筋如图1所示，纵向受力钢筋的混凝土净保护层厚度为15mm 。 （3）. 梁的中间500mm 区段内无腹筋，其余区域配有 6@60的箍筋，以保证不发生斜 截面破坏。 （4）. 梁的受压区配有两根架立筋，通过箍筋与受力筋绑扎在一起，形成骨架，保证受力钢筋处在正确的位置。 2．试验仪器设备 （1）. 静力试验台座、反力架、支座及支墩 （2）. 20T 手动式液压千斤顶 （3）. 读数显微镜及放大镜 （4）. 位移计（百分表）及磁性表座 三、试验装置及测点布置 1．试验装置见图2 （1）. 在加荷架中，用千斤顶通过分配梁进行两点对称加载，使简支梁跨中形成长 500mm 的纯弯曲段（忽略梁的自重）。 （2）. 构件两端支座构造应保证试件端部转动及其中一端水平位移不受约束，基本符 合铰支承的要求。 2．测点布置 梁的跨中及两个对称加载点各布置一位移计f 3～f 5，量测梁的整体变形，考虑在加载的过程中，两个支座受力下沉，支座上部分别布置位移测点f 1和f 2，以消除由于支座下沉对挠度测试结果的影响。 图1 试件尺寸及配筋图 实验一 绘制二进熵函数曲线（2个学时） 一、实验目的： 1. 掌握Excel 的数据填充、公式运算和图表制作 2. 掌握Matlab 绘图函数 3. 掌握、理解熵函数表达式及其性质 二、实验要求： 1. 提前预习实验，认真阅读实验原理以及相应的参考书。 2. 在实验报告中给出二进制熵函数曲线图 三、实验原理： 1. Excel 的图表功能 2. 信源熵的概念及性质 ()()[] ()[]())(1)(1 .log )( .) ( 1log 1log ) (log )()(10 , 110)(21Q H P H Q P H b n X H a p H p p p p x p x p X H p p p x x X P X i i i λλλλ-+≥-+≤=--+-=-=≤≤? ?????-===??????∑ 单位为 比特/符号 或 比特/符号序列。 当某一符号xi 的概率p(xi)为零时，p(xi)log p(xi) 在熵公式中无意义，为此规定这时的 p(xi)log p(xi) 也为零。当信源X 中只含有一个符号x 时，必有p(x)=1，此时信源熵H （X ）为零。 四、实验内容： 用Excel 和Matlab 软件制作二进熵函数曲线。根据曲线说明信源熵的物理意义。 （一） Excel 具体步骤如下： 1、启动Excel 应用程序。 2、准备一组数据p 。在Excel 的一个工作表的A 列（或其它列）输入一组p ，取步长为0.01，从0至100产生101个p （利用Excel 填充功能）。 3、取定对数底c，在B列计算H(x) ,注意对p=0与p=1两处，在B列对应位置直接输入0。Excel中提供了三种对数函数LN(x),LOG10(x)和LOG(x,c)，其中LN(x)是求自然对数，LOG10(x)是求以10为底的对数，LOG(x,c)表示求对数。选用c=2,则应用函数LOG(x,2)。 在单元格B2中输入公式：=-A2*LOG(A2,2)-(1-A2)*LOG(1-A2,2) 双击B2的填充柄，即可完成H(p)的计算。 4、使用Excel的图表向导，图表类型选“XY散点图”，子图表类型选“无数据点平滑散点图”，数据区域用计算出的H(p)数据所在列范围，即$B$1:$B$101。在“系列”中输入X值(即p值)范围，即$A$1:$A$101。在X轴输入标题概率，在Y轴输入标题信源熵。 （二）用matlab软件绘制二源信源熵函数曲线 p = 0.0001:0.0001:0.9999; h = -p.*log2(p)-(1-p).*log2(1-p); plot(p,h) 五、实验结果 实验一图像输入与输出基本操作（2学时） 实验二基于DCT域的数字水印技术（2学时） 综合性实验基于傅立叶域变换的数字水印技术（4学时） 实验前预备知识： 数字水印技术是利用数字产品普遍存在的冗余数据与随机性，将水印信息嵌入在数字产品本身中，从而起到保护数字产品版权或者完整性的一种技术。 现在学术界对数字水印算法的理解都是将一些不易察觉的具有随机特性的数据嵌入到图像频域或空域的系数上。从信号处理的角度看，嵌入水印可以看成是在强背景下迭加一个弱信号，由于人类视觉系统的分辨率受到一定的限制，只要迭加的信号幅度不超过HVS的对比门限，人眼就无法感觉到信号的存在，所以可以通过对原始图像进行一定调整，在不影响视觉效果的情况下嵌入一些水印信息。数字水印系统的一般模型如图1所示： 图1 数字水印系统基本模型 水印嵌入器的输入量有三个：水印信号M，宿主信号S和密钥K。 水印信号M是指原始水印（图像或一个数字序列）通过一定的方法经过调制将嵌入到宿主信号中的数字信号。 宿主信号S是指被嵌入水印的信号（原始信号）。 密钥K则指用于提高水印系统安全性的密码信息，它独立于宿主信号。密钥有私有密钥和公共密钥之分，前者指攻击者在明确了水印嵌入方法但又不知道密钥的情况下，水印不会被破坏或盗取；后者是指攻击者对宿主信号（如内容标识、语言字幕等）不感兴趣的情况下，密钥也就不存在保密性，可以作为公共密钥。 实验一图像输入与输出基本操作 一、实验题目： 图像输入与输出操作 二、实验目的 学习在MATLAB环境下对图像文件的I/O操作，为读取各种格式的图像文件和后续进行图像处理打下基础。 三、实验内容 利用MATLAB为用户提供的专门函数从图像格式的文件中读/写图像数据、显示图像，以及查询图像文件的信息。 四、预备知识 熟悉MATLAB开发环境。 五、实验原理 （1）图像文件的读取 利用imread函数可以完成图像文件的读取操作。常用语法格式为： I=imread(‘filename’,‘fmt’)或I=imread(‘filename.fmt’)； 其作用是将文件名用字符串filename表示的、扩展名用字符串fmt（表示图像文件格式）表示的图像文件中的数据读到矩阵I中。当filename中不包含任何路径信息时，imread会从当前工作目录中寻找并读取文件。要想读取指定路径中的图像，最简单的方法就是在filename中输入完整的或相对的地址。MATLAB支持多种图像文件格式的读、写和显示。因此参数fmt常用的可能值有：‘bmp’Windows位图格式 ‘jpg’or‘jpeg’联合图像专家组格式 ‘tif’or‘tiff’标志图像文件格式 ‘gif’图形交换格式 ‘pcx’Windows画刷格式 ‘png’可移动网络图形格式 ‘xwd’X Window Dump格式 例如，命令行 >>I=imread(‘lena.jpg’); 将JPEG图像lena读入图像矩阵I中。 （2）图像文件的写入（保存） 实验一材料硬度测定(综合性) 一、实验内容 1.金属布氏硬度实验。 2.金属洛氏硬度实验。 二、实验目的及要求 该实验的目的是使学生熟悉金属布氏、洛氏、维氏硬度计的使用方法，巩固硬度试验方法的理论知识，掌握各种硬度计的结构原理、操作方法及注意事项。要求学生具有踏实的理论知识，同时也具有严谨、一丝不苟的作风。 三、实验条件及要求 （一）实验条件 1.布氏硬度计、洛氏硬度计和显维硬度计，读数放大镜，标准硬度块。 2.推荐试样用材：灰铸铁、经调质处理的45钢、淬火低温回火的T10钢。 （二）要求 制备试样过程中不得使试样因冷、热加工影响试验面原来的硬度。试验面应为光滑的平面，不应有氧化皮及污物，测布氏硬度、洛氏硬度时试验面的粗糙度Ra≤0.8μm。 试验时，应保证试验力垂直作用于试验面上，保证试验面不产生变形、挠曲和振动。试验应在10～35℃温度范围内进行。 不同硬度试验对试样及试验操作尚有具体要求。 四、实验相关知识点 1.硬度试验原理。 2.对试样的要求。 3.硬度试验方法的选择。 4.各种硬度计的结构原理、操作方法及注意事项。 5.试验数据的获得。 6.不同硬度试验方法的关系。 五、实验实施步骤 （一）金属布氏硬度试验 金属布氏硬度值是单位压痕表面积所承受的外力。 1.试验规范的选择 布氏硬度试验时应根据测试材料的硬度和试样厚度选择试验规范，即压头材料与直径、F/D2值、试验力F及试验力保持时间t。 （1）压头材料与直径的选择压头为硬质合金球。 球体直径D的选择按GB/T231.1-2009《金属布氏硬度试验方法》有五种，即10mm、5mm、2.5mm、2mm和1mm。压头直径可根据试样厚度选择，见压头直径、压痕平均直径与试样最小厚度关系表。选择压头直径时，在试样厚度允许的条件下尽量选用10mm球体作压头，以便得到较大的压痕，使所测的硬度值具有代表性和重复性，从而更充分地反映出金属的平均硬度。 （2）F/D2、试验力F及试验力的选择 F/D2比值有七种：30、15、10、5、2.5、1.25和1，其值主要根据试验材料的种类及其硬度范围来选择。 球体直径D和F/D2比值确定后，试验力F也就确定了。 试验须保证压痕直径d在（0.24～0.6）D范围内，试样厚度为压痕深度的10倍以上。 （3）试验力保持时间t的选择试验力保持时间t主要根据试样材料的硬度来选择。黑色金属：t＝10～15s；有色金属：t＝（30±2）s；<35HBW的材料：t＝（60±2）s。 2.布氏硬度试验过程 （1）试验前，应使用与试样硬度相近的二等标准布氏硬度块对硬度计进行校对，即在硬度块上不同部位测试五个点的硬度，取其平均值，其值不超过标准硬度块硬度值的±3％方可进行试验，否则应对硬度计进行调整、修理。 （2）接通电源，打开电源开关。将试样安放在试验机工作台上，转动手轮使工作台慢慢上升，使试样与压头紧密接触，直至手轮与螺母产生相对滑动。同时应保证试验过程中试验力作用方向与试验面垂直，试样不发生倾斜、移动、振动。 启动按钮开关，在施力指示灯亮的同时迅速拧紧压紧螺钉，使圆盘随曲柄一起回转，直至自动反向转动为止，施力指示灯熄灭。从施力指示灯亮到熄灭的时间为试验力保持时间，转动手轮取下试样。 （3）用读数显微镜在两个互相垂直的方向测量出试样表面的压痕直径d1 。 MATLAB 实验指导书 前言 MATLAB程序设计语言是一种高性能的、用于科学和技术计算的计算机语言。它是一种集数学计算、分析、可视化、算法开发与发布等于一体的软件平台。自1984年MathWorks公司推出以来，MATLAB以惊人的速度应用于自动化、汽车、电子、仪器仪表和通讯等领域与行业。MATLAB有助于我们快速高效地解决问题。MATLAB相关实验课程的学习能加强学生对MATLAB程序设计语言理解及动手能力的训练，以便深入掌握和领会MATLAB应用技术。 目录 基础型实验............................................................................................ - 1 - 实验一MATLAB集成环境使用与基本操作命令练习 ............. - 1 - 实验二MATLAB中的数值计算与程序设计 ............................. - 7 - 实验三MATLAB图形系统 ......................................................... - 9 - 基础型实验 实验一 MATLAB 集成环境使用与基本操作命令练习 一 实验目的 熟悉MATLAB 语言编程环境；熟悉MATLAB 语言命令 二 实验仪器和设备 装有MATLAB7.0以上计算机一台 三 实验原理 MATLAB 是以复杂矩阵作为基本编程单元的一种程序设计语言。它提供了各种矩阵的运算与操作，并有较强的绘图功能。 1.1 基本规则 1.1.1 一般MATLAB 命令格式为 [输出参数1，输出参数2，……]=（命令名）（输入参数1，输入参数2，……） 输出参数用方括号，输入参数用圆括号如果输出参数只有一个可不使用 括号。 1.1.2 %后面的任意内容都将被忽略，而不作为命令执行，一般用于为代码加注 释。 1.1.3 可用↑、↓键来重现已输入的数据或命令。用←、→键来移动光标进行修改。 1.1.4 所有MATLAB 命令都用小写字母。大写字母和小写字母分别表示不同的 变量。 1.1.5 常用预定义变量，如pi 、Inf 、NaN 、ans 1.1.6 矩阵的输入要一行一行的进行，每行各元素用空格或“，”分开，每行用 “；”分开。如 ?? ?? ? ?????=987654321A MATLAB 书写格式为A=[1 2 3 ；4 5 6 ；7 8 9] 在MATLAB 中运行如下程序可得到A 矩阵 a=[1 2 3;4 5 6;7 8 9] a = 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1.1.7 需要显示命令的计算结果时，则语句后面不加“；”号，否则要加“；”号。 一填空题（本题20分，每小题2分） 1、平均自信息为 表示信源的平均不确定度，也表示平均每个信源消息所提供的信息量。 平均互信息 表示从Y获得的关于每个X的平均信息量，也表示发X前后Y的平均不确定性减少的量，还表示通信前后整个系统不确定性减少的量。 2、最大离散熵定理为：离散无记忆信源，等概率分布时熵最大。 3、最大熵值为。 4、通信系统模型如下： 5、香农公式为为保证足够大的信道容量，可采用（1）用频带换信噪比；（2）用信噪比换频带。 6、只要，当N足够长时，一定存在一种无失真编码。 7、当R＜C时，只要码长足够长，一定能找到一种编码方法和译码规则，使译码错误概率无穷小。 8、在认识论层次上研究信息的时候，必须同时考虑到形式、含义和效用三个方面的因素。 9、1948年，美国数学家香农发表了题为“通信的数学理论”的长篇论文，从而创立了信息论。 按照信息的性质，可以把信息分成语法信息、语义信息和语用信息。 按照信息的地位，可以把信息分成客观信息和主观信息。 人们研究信息论的目的是为了高效、可靠、安全地交换和利用各种各样的信息。 信息的可度量性是建立信息论的基础。 统计度量是信息度量最常用的方法。 熵是香农信息论最基本最重要的概念。 事物的不确定度是用时间统计发生概率的对数来描述的。 10、单符号离散信源一般用随机变量描述，而多符号离散信源一般用随机矢量描述。 11、一个随机事件发生某一结果后所带来的信息量称为自信息量，定义为其发生概率对 数的负值 。 12、自信息量的单位一般有 比特、奈特和哈特 。 13、必然事件的自信息是 0 。 14、不可能事件的自信息量是 ∞ 。 15、两个相互独立的随机变量的联合自信息量等于 两个自信息量之和 。 16、数据处理定理：当消息经过多级处理后，随着处理器数目的增多，输入消息与输出消息之间的平均互信息量 趋于变小 。 17、离散平稳无记忆信源X 的N 次扩展信源的熵等于离散信源X 的熵的 N 倍 。 18、离散平稳有记忆信源的极限熵，=∞H )/(lim 121-∞→N N N X X X X H 。 19、对于n 元m 阶马尔可夫信源，其状态空间共有 nm 个不同的状态。 20、一维连续随即变量X 在[a ，b]区间内均匀分布时，其信源熵为 log2（b-a ） 。 21、平均功率为P 的高斯分布的连续信源，其信源熵，Hc （X ）=eP π2log 21 2。 22、对于限峰值功率的N 维连续信源，当概率密度 均匀分布 时连续信源熵具有最大值。 23、对于限平均功率的一维连续信源，当概率密度 高斯分布 时，信源熵有最大值。 24、对于均值为0，平均功率受限的连续信源，信源的冗余度决定于平均功率的限定值P 和信源的熵功率P 之比 。 信息论与编码实验报告-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII 实验一关于硬币称重问题的探讨 一、问题描述： 假设有N 个硬币，这N 个硬币中或许存在一个特殊的硬币，这个硬币或轻 或重，而且在外观上和其他的硬币没什么区别。现在有一个标准天平，但是无刻度。现在要找出这个硬币，并且知道它到底是比真的硬币重还是轻，或者所有硬币都是真的。请问： 1）至少要称多少次才能达到目的； 2）如果N=12，是否能在3 次之内将特殊的硬币找到；如果可以，要怎么称？ 二、问题分析： 对于这个命题，有几处需要注意的地方： 1）特殊的硬币可能存在，但也可能不存在，即使存在，其或轻或重未知； 2）在目的上，不光要找到这只硬币，还要确定它是重还是轻； 3）天平没有刻度，不能记录每次的读数，只能判断是左边重还是右边重，亦或者是两边平衡； 4）最多只能称3 次。 三、解决方案： 1.关于可行性的分析 在这里，我们把称量的过程看成一种信息的获取过程。对于N 个硬币，他们 可能的情况为2N+1 种，即重（N 种），轻（N 种）或者无假币（1 种）。由于 这2N+1 种情况是等概率的，这个事件的不确定度为： Y=Log(2N+1) 对于称量的过程，其实也是信息的获取过程，一是不确定度逐步消除的过程。 每一次称量只有3 种情况：左边重，右边重，平衡。这3 种情况也是等概率 的，所以他所提供的信息量为： y=Log3 在K 次测量中，要将事件的不确定度完全消除，所以 K= Log(2N+1)/ Log3 根据上式，当N=12 时，K= 2.92< 3 所以13 只硬币是可以在3 次称量中达到 信息安全与应用 实验指导书 任课教师：周才学 目录 实验1. office口令破解工具aoxppr的使用 实验2. Winhex编辑软件的使用 实验3. 用C语言编程实现凯撒密码 实验4. 嗅探器Ethereal的使用 实验5. Word宏病毒实验 实验6. Web恶意代码实验 实验7. 端口扫描X-scan的使用 实验8. 加密软件pgp的使用 实验一 office口令破解工具aoxppr的使用 实验目的：了解word口令破解的方法，掌握暴力破解和字典破解的原理，具体破解某个word 文档。 实验要求：某个同学设置word口令，长度分别为4，5，6，采用字母数字混合。 实验步骤： 1．安装aoxppr，点setup，一步步安装完成； 2．运行Aoxppr，点击“帮助”，点击“输入注册码”，打开key.txt文件，输入注册码，OK；3．破解类型选项，选暴力破解，字母数字混合，密码长度最大选6； 4．某人制作一个word文档，对其进行加密； 5．另一人对其进行解密，在Aoxppr中输入待解密文件的文件名，点击开始解密。如果该文档没有密码，软件马上就会报告此文档不用解密，4位密码很快就可破译，6位的密码破解时间要长一点，运行过程中，随时可以终止运行。 6．系统破解后，会显示出Office文档的密码。 7．破解过程中可以使用掩码，如密码有8位，以x开始，以99结束，可以设置掩码为"x?????99" 8．用该密码去解密OFFICE文档。 实验二.winhex编辑软件的使用 实验目的：1。利用Winhex查看磁盘文件的十六进制编码； 2。利用Winhex实现文件的简单数学 3．加密变换；利用Winhex恢复被误删除的文件。 实验要求：1人1组，独立完成 实验步骤： 1．在D盘根目录中建立X-ways文件夹，再在这个文件夹中建立case、images、temp等3个文件夹，分别用于保存案例文件、镜像文件和临时文件。运行 winhex，进入系统。 2．根据提示，必须选择“Computer forensics interface（计算机取证）”。 3．完成后进入软件操作界面。 4．在D盘的X-ways中建立一个文本文件x-ways.txt，内容为“练习使用winhex 软件”。在winhex界面中，单击“file”----“open”。 5．将第1，2两个字节改为“D1 A7”，“练习”变为“学习”。 6．保持打开的x-ways.txt文件，单击“Edit”----“modify data”，选择“xor”并输入75，即完成了该文件的加密变换。 7．在winhex中关闭x-ways.txt文件，进入“资源管理器”将该文件删除并清空回收站，此时windows系统无法恢复该文件。下面利用winhex来恢复该文件。 8．单击“case data”窗口中的“file”----“create new case”建立新的分析案例，然后单击“file”----“add medium”添加新的存储介质，此处为D盘。添加后 进入“x-ways”文件夹，可发现被删除的文件已在其中。右击该文件，选择 “Recover/copy”，指定目录文件夹后即可恢复该文件。 实验三. 用C语言编程实现凯撒密码 一、实验目的： 通过编程实现替代密码算法和置换密码算法，加深对古典密码体制的了解，为深入学习网络信息安全技术实验指南
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