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Contents
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . v
1 Introduction to Information Theory . . . . . . . . . . . . . 3
2 Probability, Entropy, and Inference . . . . . . . . . . . . . . 22
3 More about Inference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
I Data Compression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
4 The Source Coding Theorem . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5 Symbol Codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
6 Stream Codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
7 Codes for Integers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
II Noisy-Channel Coding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
8 Dependent Random Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
9 Communication over a Noisy Channel . . . . . . . . . . . . 146
10 The Noisy-Channel Coding Theorem . . . . . . . . . . . . . 162
11 Error-Correcting Codes and Real Channels . . . . . . . . . 177
III Further Topics in Information Theory . . . . . . . . . . . . . 191
12 Hash Codes: Codes for Ecient Information Retrieval . . 193
13 Binary Codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
14 Very Good Linear Codes Exist . . . . . . . . . . . . . . . . 229
15 Further Exercises on Information Theory . . . . . . . . . . 233
16 Message Passing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
17 Communication over Constrained Noiseless Channels . . . 248
18 Crosswords and Codebreaking . . . . . . . . . . . . . . . . 260
19 Why have Sex? Information Acquisition and Evolution . . 269
IV Probabilities and Inference . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
20 An Example Inference Task: Clustering . . . . . . . . . . . 284
21 Exact Inference by Complete Enumeration . . . . . . . . . 293
22 Maximum Likelihood and Clustering . . . . . . . . . . . . . 300
23 Useful Probability Distributions . . . . . . . . . . . . . . . 311
24 Exact Marginalization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 319
25 Exact Marginalization in Trellises . . . . . . . . . . . . . . 324
26 Exact Marginalization in Graphs . . . . . . . . . . . . . . . 334
27 Laplace's Method . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341
Copyright Cambridge University Press 2003. On-screen viewing permitted. Printing not permitted. http://www.cambridge.org/0521642981
You can buy this book for 30 pounds or $50. See http://www.inference.phy.cam.ac.uk/mackay/itila/ for links.
28 Model Comparison and Occam's Razor . . . . . . . . . . . 343
29 Monte Carlo Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
30 Ecient Monte Carlo Methods . . . . . . . . . . . . . . . . 387
31 Ising Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 400
32 Exact Monte Carlo Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . 413
33 Variational Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 422
34 Independent Component Analysis and Latent Variable Modelling
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437
35 Random Inference Topics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445
36 Decision Theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451
37 Bayesian Inference and Sampling Theory . . . . . . . . . . 457
V Neural networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 467
38 Introduction to Neural Networks . . . . . . . . . . . . . . . 468
39 The Single Neuron as a Classi er . . . . . . . . . . . . . . . 471
40 Capacity of a Single Neuron . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483
41 Learning as Inference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 492
42 Hop eld Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505
43 Boltzmann Machines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522
44 Supervised Learning in Multilayer Networks . . . . . . . . . 527
45 Gaussian Processes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535
46 Deconvolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 549
VI Sparse Graph Codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 555
47 Low-Density Parity-Check Codes . . . . . . . . . . . . . . 557
48 Convolutional Codes and Turbo Codes . . . . . . . . . . . . 574
49 Repeat{Accumulate Codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582
50 Digital Fountain Codes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 589
VII Appendices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 597
A Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 598
B Some Physics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 601
C Some Mathematics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 620

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