Matlab在信息理论与编码教学中的应用

摘　要：摘要：Matlab是矩阵实验室的简称，其应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。其中Matlab在信息理论与编码教学中的应用是当前信息理论与编码教学领域的一个热点问题。本文结合教学应用实例，就Matlab在信息理论与编码教学中的应用进行探讨。

关键词：关键词：Matlab； 信息理论与编码； 教学应用

中途分类号：TP319    文献标识码：A     文章编号：

    1. Matlab和信息理论与编码课程概述
    1.1关于Matlab
    Matlab是由美国mathworks公司设计和开发的主要面向科学计算、可视化以及交互式程序设计的数学计算环境。该软件可以将矩阵计算、数值分析、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等相关功能集成在一个方便使用的可视化环境中，从而为理论教学、科学研究、工程设计等相关科学领域提供了一种有效的解决方案。更重要的是，Matlab不仅可以作为理论教学的示范性工具，还可以作为相关课程教学的仿真工具。
    1.2 认识信息理论与编码课程
    信息理论与编码课程作为电子信息和通信类专业的重要课程，是一门与概率论和数理统计以及随机过程等关系密切的课程。该课程具有理论性强、抽象复杂以及繁琐的数学推导等特点，该课程要求学生在学习中要具有较强的逻辑推理和抽象思维能力，是电子信息和通信类专业的相关专业课程中公认的教师难教和学生难学的一门课程。

    2. 基于Matlab的信息理论与编码课程的教学方法
    在进行信息理论与编码课程的实际教学过程中，任课教师可以课堂上先利用电子演示文稿将一些用Matlab实现的信息编码结果以图示的形式在演示给学生看，让学生能够对相应的信息编码理论知识有一个直观的认识。然后学生可以利用Matlab，通过自己的实际动手操作来有效的掌握相关的理论知识。其中基于Matlab的信息理论与编码课程的教学中需要注意如下几点:
    第一、学生应做好课前的预习准备工作，尤其是在实验课前，要求学生应当认真填写相关的实验预习报告。借此来使学生能够对课堂所要讲的理论知识有一个初步的了解，同时通过书写实验预习报告可以使学生对实验的目的和原理以及实验步骤等有一个清楚的认识，从而方便学生在使用Matlab进行实际的实验操作时，可以顺利的进行程序的编码和调试。
    第二、教师在进行课程教学时，要采用理论联系实际的教学方法，要注重将教材上的理论知识与基于Matlab的实验有效的结合在一起，同时还要进一步加强对编程知识的讲解，不断提高学生的实际动手能力。
    第三、在使用Matlab进行信息理论与编码课程教学时，尽管可以比较方便、快捷的得到相关的数据和实验结果，但是也不能因此而完全摒弃手工运算方式，因为手工运算的推导过程可以使学生能够更好的掌握相关的理论知识。所以在实际的教学中应采用注重使用Matlab运算与手工运算相结合的教学策略，将两者紧密地结合在一起。

    3. Matlab在信息理论与编码教学中的应用实例分析
    本文以信息理论与编码课程中二进制熵值的相关计算为例，通过利用MATLAB提供的GUI（图形用户界面）功能来进行人机交互式二进制熵值的计算演示，借此来对Matlab在信息理论与编码教学中的应用进行分析。
    3．1 演示界面的设计
    使用MATLAB提供的图形用户开发环境可以高效的进行基于GUI的演示界面的设计,只需要在Matlab的主界面中选择文件→新建→GUI（图形用户界面），系统就会自动弹出基于GUI的设计面板。然后就可以结合二进制熵值计算演示的实际根需要，通过选择面板左侧相应的控件以及修改相应控件的属性，来对演示界面进行设计布局。其中二进制熵值计算演示的界面设计图如图1所示。
 
    图1 二进制熵值计算演示的界面设计图
    3.2 演示功能的实现
    在完成二进制熵值计算演示的界面设计后，MATLAB会自动生成一个M文件的框架,然后教师或学生就可以在这一框架的基础之上，编写用于实现二进制熵值计算演示的应用程序。另外MATLAB在自动生成的M文件中就对象执行调用函数等工作，采用了有效的方法进行管理。同时还可以为调用函数自动关联添加相应的子函数，然后通过对MATLAB所提供的相关控件进行编程，即可实现二进制熵值计算的演示功能。
    3.3 演示结果显示
    假设信源X的概率空间P(x)和信道的转移概率P(yx)分别如下：
 
    将上述的数据值输入到对应的静态文本编辑框中后,点击如图2中所示的“计算结果”按钮后就可以获得二进制熵值计算结果。然后点击如图2中所示的“保存数据”按钮，就可以将生产的二进制熵值计算结果保存到data. txt文件中。紧接着点击“图形显示”按钮,即可得到如图3所示的二进制熵值计算结果的图像，从生成的图像中可以看出，在信源为等概率分布的情况下，其熵值的最大值为1。
 
    图2 二进制熵值计算的相关结果
 
    图3 二进制熵值图形

    4.结语
   将Matlab强大的可视化数据处理和数值计算功能应用于信息理论与编码课程的教学中可以有效的减少了人为计算的误差，同时还可以使教师和学生从繁琐和重复的劳动中解脱出来，在方便教师教学的同时，也有效的促进了学生的学习，在实际的教学中取得了非常显著的教学效果。

参考文献：
[1]张正言. MATLAB在“信息论与编码”实验教学中的应用[J].实验室科学,2010(06).
[2]姜楠.“信息论”课程本科教学探索与实践[J].计算机教育,2007(24).
[3]李心广. MATLAB 在通信原理教学中的应用[J].中国现代教育技术装备, 2007(02).

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