编码理论实验报告实验一霍夫曼编码中信息熵及编码效率的实验
实验名称实验一霍夫曼编码中信息熵及编码效率的实验
一、实验目的
1. 掌握霍夫曼编码中信息熵的定义、性质和计算；
2. 掌握霍夫曼编码中平均码字长度的定义和计算；
3．掌握霍夫曼编码中编码效率的定义和计算；
4. 正确使用C语言实现霍夫曼编码中信息熵、平均码长和编码效率的求取。
二、实验内容
1. 熟练列出霍夫曼编码中信息熵、平均码长和编码效率各自的计算公式；
2. 正确使用C语言实现计算霍夫曼编码中信息熵、平均码长和编码效率的程序，并在Visual C++环境中验证。
三、实验原理
1. 霍夫曼编码的基本原理
按照概率大小顺序排列信源符号，并设法按逆顺序分配码字字长，使编码的码字为可辨识的。
2. 平均码长：L=∑p(s i)*l i （单位为：码符号/信源符号）
其中，p(s i)为信源s i在q个信源中出现的概率，l i为信源s i的二进制霍夫曼编码。
3. 信息熵：H(S)=- ∑p(s i) *log2 p(s i) （单位为：比特/信源符号）
其中，p(s i)为信源s i在q个信源中出现的概率。
4. 编码效率：η= H(S)/ L
其中，H(S)为信息熵，L为平均码长。
四、实验步骤：
1. Huffman编码示例如下图：
2. 根据Huffman 编码的例子，用C 语言完成计算霍夫曼编码中信息熵的程序的编写，并在Visual C++环境中验证；
3. 根据Huffman 编码的例子，用C 语言完成计算霍夫曼编码中平均码长的程序的编写，并在Visual C++环境中验证；
4. 根据Huffman 编码的例子，用C 语言完成计算霍夫曼编码中编码效率的程序的编写，并在Visual C++环境中验证；
实验程序：
/*********** 霍夫曼编码信息熵、平均码长及编码效率的计算 ************ //按照实验步骤的要求完成程序，正确计算霍夫曼编码的信息熵、
//平均码长以及编码效率，并通过printf 函数将三者的计算结果
//打印出来
#include
#include
#include
#define CH_Num 5 //信源符号个数
//主函数
void main()
{
//编程1：定义double 型数组gailv 存放各信源符号出现的概率
double gailv[CH_Num]={0.4,0.2,0.2,0.15,0.05};
//编程2：定义int 型数组code_len 存放各信源符号的霍夫曼编码 int code_len[CH_Num]={2,2,2,3,3};
//编程3：定义double 型变量aver_Len 、Hs 和code_ratio ，分别
//对应信息熵、平均码长及编码效率，并初始化为0
S1 S2 S3 S4 S5 概率 0.05 0.4 0.2 0.2 0.15 信源缩减过程 0.4 0.2 0.2 0.2 0.4 0.4 0.2 0.6 0.4 编码 011 00 10 11 010 码长 3
2 2 2 3
00 10 11
010 011 10 11 01
00 01 00 1
1 0 信源符号
double aver_Len=0,Hs=0,code_ratio=0;
int i;
//编程4：利用for循环计算平均码长aver_Len
for(i=0;i aver_Len+=gailv[i]*code_len[i]; //编程5：利用for循环计算信息熵Hs for(i=0;i Hs+=-(gailv[i]*(log(gailv[i])/log(2))); //编程6：计算编码效率code_ratio code_ratio=Hs/aver_Len; //编程7：利用三条printf语句分别打印平均码长、信息熵和编码效率 printf("平均码长=%lf 比特/信源符号\n",aver_Len); printf("信源熵=%lf 码符号/信源符号\n",Hs); printf("编码效率=%lf\n",code_ratio); } 运行结果如下图： 实验心得：通过本次试验加深了对霍夫曼编码的基本原理的理解以及计算公式的记忆。并使用C语言实现计算霍夫曼编码中信息熵、平均码长和编码效率的程序，并在Visual C++环境中验证，且结果正确。 信息论实验报告 学生： 班级： 学号： 实验一香农编码一、程序设计的流程图 二、程序清单 #include #include aa=tem-1; } else { MM[i]+='0'; aa=tem; } } } string BB[N]; for(int i=0;i 数据结构课程设计设计题目：哈夫曼树编码译码 目录 第一章需求分析 (1) 第二章设计要求 (1) 第三章概要设计 (2) （1）其主要流程图如图1-1所示。 (3) （2）设计包含的几个方面 (4) 第四章详细设计 (4) （1）①哈夫曼树的存储结构描述为： (4) （2）哈弗曼编码 (5) （3）哈弗曼译码 (7) （4）主函数 (8) （5）显示部分源程序： (8) 第五章调试结果 (10) 第六章心得体会 (12) 第七章参考文献 (12) 附录： (12) 在当今信息爆炸时代，如何采用有效的数据压缩技术节省数据文件的存储空间和计算机网络的传送时间已越来越引起人们的重视，哈夫曼编码正是一种应用广泛且非常有效的数据压缩技术。哈夫曼编码是一种编码方式，以哈夫曼树—即最优二叉树，带权路径长度最小的二叉树，经常应用于数据压缩。哈弗曼编码使用一张特殊的编码表将源字符（例如某文件中的一个符号）进行编码。这张编码表的特殊之处在于，它是根据每一个源字符出现的估算概率而建立起来的（出现概率高的字符使用较短的编码，反之出现概率低的则使用较长的编码，这便使编码之后的字符串的平均期望长度降低，从而达到无损压缩数据的目的）。哈夫曼编码的应用很广泛，利用哈夫曼树求得的用于通信的二进制编码称为哈夫曼编码。树中从根到每个叶子都有一条路径，对路径上的各分支约定：指向左子树的分支表示“0”码，指向右子树的分支表示“1”码，取每条路径上的“0”或“1”的序列作为和各个叶子对应的字符的编码，这就是哈夫曼编码。哈弗曼译码输入字符串可以把它编译成二进制代码，输入二进制代码时可以编译成字符串。 第二章设计要求 对输入的一串电文字符实现哈夫曼编码，再对哈夫曼编码生成的代码串进行译码，输出电文字符串。通常我们把数据压缩的过程称为编码，解压缩的过程称为解码。电报通信是传递文字的二进制码形式的字符串。但在信息传递时，总希望总长度能尽可能短，即采用最短码。假设每种字符在电文中出现的次数为Wi，编码长度为Li，电文中有n种字符，则电文编码总长度为∑WiLi。若将此对应到二叉树上，Wi为叶结点的权，Li为根结点到叶结点的路径长度。那么，∑WiLi 恰好为二叉树上带权路径长度。因此，设计电文总长最短的二进制前缀编码，就是以n种字符出现的频率作权，构造一棵哈夫曼树，此构造过程称为哈夫曼编码。设计实现的功能： (1) 哈夫曼树的建立； (2) 哈夫曼编码的生成； (3) 编码文件的译码。 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 香农编码实验报告 姓名：徐以刚 学号：20094034 专业班级：信计09.1 学院：理信学院 一 、实验目的 1. 了解香农编码的基本原理及其特点； 2. 熟悉掌握香农编码的方法和步骤； 3. 掌握C 语言或者Matlab 编写香农编码的程序。 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．信源符号按概率从大到小排列 2. 对信源符号求累加概率，表达式： G i =G i-1+p(x i ) 3. 求自信息量，确定码字长度。自信息量I(x i )=-log(p(x i ));码字长度取大于等 于自信息量的最小整数。 4. 将累加概率用二进制表示，并取小数点后码字的长度的码 。 四、实验内容 离散无记忆信源符号S 的概率分布： S 1S 2S 3S 4S 5S 6S 7S P(S) = 0.20 0.19 0.18 0.17 0.15 0.10 0.01 对离散无记忆信源分布S 进行香农编码 1.画出程序设计的流程图 2.写出程序代码， N=input('N='); %输入信源符号的个数 s=0; l=0; H=0; for i=1:N p(i)=input('p='); %输入信源符号概率分布矢量,p(i)<1 s=s+p(i) H=H+(-p(i)*log2(p(i)));I(i)=-log2(p(i)); %计算信源信息熵end if abs(s-1)>0, error('不符合概率分布') end for i=1:N-1 for j=i+1:N if p(i) 实验二二叉树的遍历及霍夫曼编码 班级：计科1101班 学号：0909101605 姓名：杜茂鹏 2013年5月22日 一、实验目的 掌握二叉树的建立及遍历操作，霍夫曼编码基本操作及存储结构表示 二、实验内容 1. 系统要求包含以下功能 1）初始化：从终端读入字符集大小n，以及n个字符和n个权值（或者读入字符集和频度数据文件），建立哈夫曼树，并将哈夫曼树存入到文件HfmTree 中。 2）编码：利用已建好的哈夫曼树（如果不在内存中，则从文件中读入），从文件ToBeTran中读入原文，对原文进行编码，将编码后的结果存入文件CodeFile 中。 3）译码：利用已建好的哈夫曼树将文件CodeFile中的代码进行译码，结果存入文件TextFile中。 4）打印：打印输出哈夫曼树，显示ToBeTran, TextFile和CodeFile文件的内容。 三、实验要求 1．在上机前写出全部源程序； 2．能在机器上正确运行程序； 3．用户界面友好。 四、概要设计 1）首先动态分配数组存储霍夫曼树及存储霍夫曼编码表，然后从终端或文件读入霍夫曼树的字符变量及其频度，初始化建立霍夫曼树并将其写入文件HfmTree.txt中。 2）从指定的文件succe.txt中读入原文，利用已经编好的霍夫曼树对其编码，将编码结果写入文件Coding.txt保存。 3）利用已建好的哈夫曼树将文件Coding.txt中的代码进行译码，结果存入文件decoding.txt中。 五、测试数据： 2．原文内容“THIS IS MY PROGRAM” 六、详细设计 实验内容(原理、操作步骤、程序代码) //建立霍夫曼树，对原文进行编码、译码 #include 数据结构与程序设计专题 实验报告 ：学号：班级：信息45班 ：学号：班级：信息45班 ：学号：班级：信息45班 实验指导老师：峰 实验地点：西一楼一层计算机中心机房 实验结束日期：12月5日 联系： 一．实验任务： 对于给定的源文档 SourceDoc.txt， 1) 统计其中所有字符的频度（某字符的频度等于其出现的总次数除以总字符数），字符包括字母（区分大小写）、标点符号及格式控制符（空格、回车等）。 2) 按频度统计结果构建哈夫曼编码表。 3) 基于哈夫曼编码表进行编码，生成对应的二进制码流，并输出到文件 Encode.dat，完成信源的编码过程。 4) 根据生成的哈夫曼编码表，对二进制码流文件 Encode.dat 进行解码，把结果输出到文件 TargetDoc.txt，完成信源的解码过程。 5) 判断 TargetDoc.txt 与 SourceDoc.txt 容是否一致，以验证编解码系统的正确性。 二．实验容: 1) 线性链表的构建以及排序; 2) 哈夫曼树的构建; 3) 基于哈夫曼码进行编码; 4) 对二进制码进行解码; 5）对生成文件与原文件进行比较； 三．程序的算法描述 四．程序运行结果： 五．源程序代码： #include 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 实验二 香农编码的计算与分析 一、[实验目的] 1、理解香农第一定理指出平均码长与信源之间的关系。 2、加深理解香农编码具有的重要理论意义。 3、掌握Shannon 编码的原理。 4、掌握Shannon 编码的方法和步骤。 5、熟悉shannnon 编码的各种效率 二、[实验环境] windows XP,MATLAB 7 三、[实验原理] 香农第一定理： 设离散无记忆信源为 12 (1) (2)....()S s s sq P p s p s p sq ????=???????? 熵为H(S)，其N 次扩展信源为 12 (1) (2)....()N q S p p p q P αααααα????=???????? 熵为H(S N )。码符号集X=（x1,x2,…,xr ）。先对信源N S 进行编码，总可以 找到一种编码方法，构成惟一可以码，使S 中每个信源符号所需的平均码长满足： 1N L H S H S N N +>≥（）（）logr logr 当N →∞时 lim ()N r N L H S N →∞= N L 是平均码长 1 ()N q N i i i L p αλ==∑ i λ是i α对应的码字长度 四、[实验内容] 1、根据实验原理，设计shannon 编码方法，在给定 条件下，实现香农编码并算出编码效率。 2、请自己构造两个信源空间，根据求Shannon 编码结果说明其物理意义。 五、[实验过程] 每个实验项目包括：1)设计思路2)实验中出现的问题及解决方法； 要求： 1）有标准的实验报告 （10分） 2）程序设计和基本算法合理（30分） 3）实验仿真具备合理性（30分） 4）实验分析合理（20分） 5）能清晰的对实验中出现的问题进行分析并提出解决方案（10分） S P s1 s2 s3 s4 s5 s6 s7 0.01 0.17 0.19 0.10 0.15 0.18 0.2 = 一、需求分析 1、本演示程序实现Haffman编/译码器的作用，目的是为信息收发站提供一个编/译系统， 从而使信息收发站利用Haffman编码进行通讯，力求达到提高信道利用率，缩短时间，降低成本等目标。系统要实现的两个基本功能就是：①对需要传送的数据预先编码； ②对从接收端接收的数据进行译码； 2、本演示程序需要在终端上读入n个字符（字符型）及其权值（整形），用于建立Huffman 树,存储在文件hfmanTree.txt中；如果用户觉得不够清晰还可以打印以凹入表形式显示的Huffman树； 3、本演示程序根据建好的Huffman树，对文件的文本进行编码，结果存入文件CodeFile 中；然后利用建好的Huffman树将文件CodeFile中的代码进行译码，结果存入文件TextFile中；最后在屏幕上显示代码（每行50个），同时显示对CodeFile中代码翻译后的结果； 4、本演示程序将综合使用C++和C语言； 5、测试数据： (1)教材例6-2中数据：8个字符，概率分别是0.05，0.29，0.07，0.08，0.14，0.23，0.03， 0.11，可将其的权值看为5，29，7，8，14，23，3，11 (2)用下表给出的字符集和频度的实际统计数据建立Haffman树，并实现以下报文的编码和 一、概要设计 1、设定哈夫曼树的抽象数据类型定义 ADT Huffmantree{ 数据对象：D={a i| a i∈Charset,i=1,2,3,……n,n≥0} 数据关系：R1＝{< a i-1, a i >| a i-1, a i∈D, i=2,3,……n} 基本操作： Initialization(&HT，&HC,w，n,ch) 操作结果：根据n个字符及其它们的权值w[i],建立Huffman树HT,用字符数组ch[i]作为中间存储变量，最后字符编码存到HC中； Encodeing(n) 操作结果：根据建好的Huffman树，对文件进行编码，编码结果存入到文件CodeFile 中 Decodeing(HT,n) 操作结果：根据已经编译好的包含n个字符的Huffman树HT，将文件的代码进行翻译，结果存入文件TextFile中 } ADT Huffmantree 哈夫曼编码解码实验 1.实验要求 掌握二叉树的相关概念 掌握构造哈夫曼树，进行哈夫曼编码。 对编码内容通过哈夫曼树进行解码。 2.实验内容 通过二叉树构造哈夫曼树，并用哈夫曼树对读取的txt文件进行哈夫曼编码。编码完成后通过哈夫曼树进行解码。 #include int i,j,k,left,right,min1,min2; //printf("输入叶子的节点数："); //scanf("%d",&n); printf("字符数量=%d\n",n); for(i=1;i<=2*n-1;i++) { ht[i].parent=ht[i].lch=ht[i].rch=0; } j=0; for(i=1;i<=n;i++) { /*getchar(); printf("输入第%d个叶子节点的值：",i); scanf("%c",&ht[i].data); printf("输入该节点的权值："); scanf("%d",&ht[i].weight); */ for(;j<127;j++) { if(Coun[j]!=0) { ht[i].data=j; //printf("%c",ht[i].data); ht[i].weight=Coun[j]; //printf("%d",ht[i].weight); break; } } j++; } printf("\n"); for(i=1;i<=n;i++) { printf("%c",ht[i].data); } printf("\n"); for(i=n+1;i<=2*n-1;i++) {//在前n个结点中选取权值最小的两个结点构成一颗二叉树 min1=min2=10000;//为min1和min2设置一个比所有权值都大的值 left=right=0; for(k=1;k<=i-1;k++) { if(ht[k].parent==0)//若是根结点 //令min1和min2为最小的两个权值，left和right 《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： 实验一 香农编码和Huffman 编码 一、实验目的 进一步熟悉香农编码和Huffman 编码过程，掌握matlab 语言递归程序的设计和调试技术。 二、实验要求 1．已知信源符号个数和信源的概率分布，要求写出香农和Huffman 的代码，输出每个信源符号对应的香农和Huffman 编码的码字。 2．以一组信源码字为例，给出输出码字，并求出编码效率。 三、基本原理 ● 香农编码： 编码规则如下： 1.将信源消息符号按其出现的概率大小排列 1()p x ≥2()p x ≥···≥()n p x 2.确定满足下列不等式的整数码长Ki ： 2l o g ()i p x -≤i K <2log ()i p x -+1 3.为了编成唯一可译码，计算第i 个消息的累加概率 Pi=1 1 ()i k k p x -=∑ 4.将累加概率Pi 变换成二进制数。 5.取Pi 二进数的小数点后Ki 位即为该消息符号的二进制码数。 ● Huffman 编码： 1.将n 个信源消息符号按其出现的概率大小依次排列， 1()p x ≥2()p x ≥···≥()n p x 2.取两个概率最小的字母分别配以0和1两码元，并将这两个概率相加作为一个新字母的概率，与未分配的二进符号的字母重新排队。 3.对重排后的两个概率最小符号重复步骤（2）的过程。 4.不断继续上述过程，直到最后两个符号配以0和1为止。 5.从最后一级开始，向前返回得到各个信源符号所对应的码元序列，即相应的码字。 四、实验报告内容 1．描述所用算法，给出代码。 2．与其他编码方式相比，香农和Huffman 编码各有何优缺点，其压缩效率如何？ 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 中南大学 《信息论与编码》实验报告 题目信源编码实验 指导教师 学院 专业班级 姓名 学号 日期 目录 一、香农编码 (3) 实验目的 (3) 实验要求 (3) 编码算法 (3) 调试过程 (3) 参考代码 (4) 调试验证 (7) 实验总结 (7) 二、哈夫曼编码 (8) 实验目的 (8) 实验原理 (8) 数据记录 (9) 实验心得 (10) 一、香农编码 1、实验目的 （1）进一步熟悉Shannon 编码算法； （2）掌握C 语言程序设计和调试过程中数值的进制转换、数值与字符串之间 的转换等技术。 2、实验要求 （1）输入：信源符号个数q 、信源的概率分布p ； （2）输出：每个信源符号对应的Shannon 编码的码字。 3、Shannon 编码算法 1：procedure SHANNON(q,｛Pi ｝) 2: 降序排列｛Pi ｝ 3: for i=1 q do 4: F(i s ) 5：i l 2 []log 1/()i p s 6：将累加概率F(i s )（十进制小数）变换成二进制小数。 7：取小数点后i l 个二进制数字作为第i 个消息的码字。 8：end for 9：end procedure ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 4、调试过程 1、fatal error C1083: Cannot open include file: 'unistd.h': No such file or directory fatal error C1083: Cannot open include file: 'values.h': No such file or directory 原因：unistd.h 和values.h 是Unix 操作系统下所使用的头文件 纠错：删去即可 2、error C2144: syntax error : missing ')' before type 'int' error C2064: term does not evaluate to a function 原因：l_i(int *)calloc(n,sizeof(int)); l_i 后缺少赋值符号使之不能通过编译 纠错：添加上赋值符号 1 1 ()i k k p s -=∑ 哈夫曼树实验报告 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】 计算机科学与技术学院数据结构实验报告 班级 2014级计算机1班学号姓名张建华成绩 实验项目简单哈夫曼编/译码的设计与实现实验日期一、实验目的 本实验的目的是进一步理解哈夫曼树的逻辑结构和存储结构，进一步提高使用理论知识指导解决实际问题的能力。 二、实验问题描述 利用哈夫曼编码进行通信可以大大提高信道利用率，缩短信息传输时间，降低传输成本。但是，这要求在发送端通过一个编码系统对待传数据预先编码，在接收端将传来的数据进行译码，此实验即设计这样的一个简单编/码系统。系统应该具有如下的几个功能： 1、接收原始数据。 从终端读入字符集大小n，以及n个字符和n个权值，建立哈夫曼树，并将它存于文件中。 2、编码。 利用已建好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件中读入），对文件中的正文进行编码，然后将结果存入文件中。 3、译码。 利用已建好的哈夫曼树将文件中的代码进行译码，结果存入文件中。 4、打印编码规则。 即字符与编码的一一对应关系。 5、打印哈夫曼树， 将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式显示在终端上。 三、实验步骤 1、实验问题分析 1、构造哈夫曼树时使用静态链表作为哈夫曼树的存储。 在构造哈夫曼树时，设计一个结构体数组HuffNode保存哈夫曼树中各结点的信息，根据二叉树的性质可知，具有n个叶子结点的哈夫曼树共有2n-1个结点，所以数组HuffNode的大小设置为2n-1，描述结点的数据类型为： Typedef strcut { Int weight；/*结点权值*/ Int parent； Int lchild； Int rchild； }HNodeType； 2、求哈夫曼编码时使用一维结构数组HuffCode作为哈夫曼编码信息的存储。 求哈夫曼编码，实质上就是在已建立的哈夫曼树中，从叶子结点开始，沿结点的双亲链域回退到根结点，没回退一步，就走过了哈夫曼树的一个分支，从而得到一位哈夫曼码值，由于一个字符的哈夫曼编码是从根结点到相应叶子结点所经过的路 目录 摘要………………………………………………………………………..………………II Abstract …………………………………………………………………………..………... II 第一章课题描述 (1) 1.1 问题描述 (1) 1.2 需求分析…………………………………………………..…………………………… 1 1.3 程序设计目标…………………………………………………………………………… 第二章设计简介及设计方案论述 (2) 2.1 设计简介 (2) 2.2 设计方案论述 (2) 2.3 概要设计 (2) 第三章详细设计 (4) 3.1 哈夫曼树 (4) 3.2哈夫曼算 法 (4) 3.2.1基本思 想 (4) 3.2.2存储结 构 (4) 3.3 哈夫曼编码 (5) 3.4 文件I/O 流 (6) 3.4.1 文件流 (6) 3.4.2 文件的打开与关闭 (7) 3.4.3 文件的读写 (7) 3..5 C语言文件处理方式…………………………………………………………………… 第四章设计结果及分析 (8) 4.1 设计系统功能 (8) 4.2 进行系统测试 (8) 总结 (13) 致谢 (14) 参考文献 (15) 附录主要程序代码 (16) 摘要 在这个信息高速发展的时代，每时每刻都在进行着大量信息的传递，到处都离不开信息，它贯穿在人们日常的生活生产之中，对人们的影响日趋扩大,而利用哈夫曼编码 进行通信则可以大大提高信道利用率，缩短信息传输时间，降低传输成本。在生产中则可以更大可能的降低成本从而获得更大的利润，这也是信息时代发展的趋势所在。本课程设计的目的是使学生学会分析待加工处理数据的特性，以便选择适当的逻辑结构、存储结构以及进行相应的算法设计。学生在学习数据结构和算法设计的同时，培养学生的抽象思维能力、逻辑推理能力和创造性的思维方法，增强分析问题和解决问题的能力。此次设计的哈夫曼编码译码系统，实现对给定报文的编码和译码，并且任意输入报文可以实现频数的统计,建立哈夫曼树以及编码译码的功能。这是一个拥有完备功能的系统程序，对将所学到的知识运用到实践中,具有很好的学习和研究价值. 关键词：信息；通讯；编码；译码；程序 Abstract This is a date that information speeding highly development and transmit 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 电子科技大学 实验报告 课程名称：数据结构与算法 学生姓名：陈*浩 学号：************* 点名序号： *** 指导教师：钱** 实验地点：基础实验大楼 实验时间： 2014-2015-2学期 信息与软件工程学院 实验报告(二) 学生姓名：陈**浩学号：*************指导教师：钱** 实验地点：科研教学楼A508实验时间：一、实验室名称：软件实验室 二、实验项目名称：数据结构与算法—树 三、实验学时：4 四、实验原理： 霍夫曼编码（Huffman Coding）是一种编码方式，是一种用于无损数据压缩的熵编码（权编码）算法。1952年，David A. Huffman在麻省理工攻读博士时所发明的。 在计算机数据处理中，霍夫曼编码使用变长编码表对源符号（如文件中的一个字母）进行编码，其中变长编码表是通过一种评估来源符号出现机率的方法得到的，出现机率高的字母使用较短的编码，反之出现机率低的则使用较长的编码，这便使编码之后的字符串的平均长度、期望值降低，从而达到无损压缩数据的目的。 例如，在英文中，e的出现机率最高，而z的出现概率则最低。当利用霍夫曼编码对一篇英文进行压缩时，e极有可能用一个比特来表示，而z则可能花去25个比特（不是26）。用普通的表示方法时，每个英文字母均占用一个字节（byte），即8个比特。二者相比，e使用了一般编码的1/8的长度，z则使用了3倍多。倘若我们能实现对于英文中各个字母出现概率的较准确的估算，就可以大幅度提高无损压缩的比例。 霍夫曼树又称最优二叉树，是一种带权路径长度最短的二叉树。所谓树的带权路径长度，就是树中所有的叶结点的权值乘上其到根结点的路径长度（若根结点为0层，叶结点到根结点的路径长度为叶结点的层数）。树的路径长度是从树根到每一结点的路径长度之和，记为WPL=(W1*L1+W2*L2+W3*L3+...+Wn*Ln)，N个权值Wi（i=1,2,...n）构成一棵有N个叶结点的二叉树，相应的叶结点的路径长度为Li（i=1,2,...n）。 可以证明霍夫曼树的WPL是最小的。 《用哈夫曼编码实现文件压缩》 实验报告 课程名称数据结构B 实验学期 2017 至 2018 学年第一学期学生所在院部计算机学院 年级 2016 专业班级信管B162 学生姓名学号 成绩评定： 1、工作量： A（），B（），C（），D（）,F( ) 2、难易度：A（），B（），C（），D（）,F( ) 3、答辩情况： 基本操作：A（），B（），C（），D（）,F( ) 代码理解：A（），B（），C（），D（）,F( ) 4、报告规范度：A（），B（），C（），D（）,F( ) 5、学习态度：A（），B（），C（），D（）,F( )总评成绩:_________________________________ 指导教师: 兰芸 用哈夫曼编码实现文件压缩 1、了解文件的概念。 2、掌握线性链表的插入、删除等算法。 3、掌握Huffman树的概念及构造方法。 4、掌握二叉树的存储结构及遍历算法。 5、利用Huffman树及Huffman编码，掌握实现文件压缩的一般原理。 微型计算机、Windows 7操作系统、Visual C++6.0软件 输入的字符创建Huffman树，并输出各字符对应的哈夫曼编码。 五.系统设计 输入字符的个数和各个字符以及权值，将每个字符的出现频率作为叶子结点构建Huffman树，规定哈夫曼树的左分支为0，右分支为1，则从根结点到每个叶子结点所经过的分支对应的0和1组成的序列便为该结点对应字符的哈夫曼编码。 流程图如下 1.输入哈夫曼字数及相应权值 相应代码 int main() { HuffmanTree HTree; HuffmanCode HCode; int *w, i; int n,wei; //编码个数及权值 printf("请输入需要哈夫曼编码的字符个数:"); scanf("%d",&n); w=(int*)malloc((n+1)*sizeof(int)); for(i=1; i<=n;i++) { printf("请输入第%d字符的权值:",i); fflush(stdin); scanf("%d",&wei); w[i]=wei; } HuffmanCoding(&HTree,&HCode,w,n); return 1; } 2.输出HT初态（每个字符的权值）信息论实验报告-
哈夫曼树编码译码实验报告(DOC)
信息论与编码实验报告.
香浓编码实验报告
霍夫曼树实验报告
哈弗曼数据结构专题实验报告
信息论与编码实验报告材料
实验二 香农编码的计算与分析
哈夫曼树的实验报告1
哈夫曼编码解码实验报告
《信息论与信源编码》实验报告
实验一 香农编码和Huffman编码
信息论与编码实验报告
香农编码实验报告
哈夫曼树实验报告
哈夫曼编码译码系统课程设计实验报告(含源代码C++_C语言)
信息论与编码实验报告
哈夫曼树及其操作-数据结构实验报告(2)
哈夫曼树及编码综合实验报告