算术编码的C实现

算术编码的C++实现#include <iostream>#include <string>#include <cstring>#include <vector>using namespace std;#define N 50 //输入的字符应该不超过50个struct L //结构用于求各字符及其概率{char ch; //存储出现的字符（不重复）int num; //存储字符出现的次数double f;//存储字符的概率};//显示信息void disp();//求概率函数，输入：字符串；输出：字符数组、字符的概率数组;返回：数组长度；int proba(string str,char c[],long double p[],int count);//求概率的辅助函数int search(vector<L> arch,char,int n);//编码函数，输入：字符串，字符数组，概率数组，以及数组长度；输出：编码结果long double bma(char c[],long double p[],string str,int number,int size);//译码函数，输入：编码结果，字符串，字符数组，概率数组，以及它们的长度；输出：字符串//该函数可以用于检测编码是否正确void yma(string str,char c[],long double p[], int number,int size,long double input);int main(){string str; //输入要编码的String类型字符串int number=0,size=0; //number--字符串中不重复的字符个数；size--字符串长度char c[N]; //用于存储不重复的字符long double p[N],output; //p[N]--不重复字符的概率，output--编码结果disp();cout<<"输入要编码的字符串:";getline(cin,str); //输入要编码的字符串size=str.length(); //字符串长度number=proba(str,c,p,size);//调用求概率函数，返回不重复字符的个数cout.setf(ios::fixed); //“魔法配方”规定了小数部分的个数cout.setf(ios::showpoint); //在此规定编码结果的小数部分有十个cout.precision(10);output=bma( c, p, str, number, size);//调用编码函数，返回编码结果yma(str,c, p, number, size, output); //调用译码函数，输出要编码的字符串，//以验证编码是否正确return 0;}//显示信息void disp(){cout<<endl;cout<<"********************算术编码*********************\n";cout<<"*****************作者：heiness******************\n";cout<<endl;cout<<"此程序只需要输入要编码的字符串，不需要输入字符概率\n";cout<<endl;}//求概率函数int proba(string str,char c[],long double p[], int count){cout.setf(ios::fixed); //“魔法配方”规定了小数部分位数为三位cout.setf(ios::showpoint);cout.precision(3);vector<L>pt; //定义了结构类型的向量，用于同时存储不重复的字符和其概率L temp; //结构类型的变量temp.ch = str[0]; //暂存字符串的第一个字符，它的个数暂设为1temp.num=1;temp.f=0.0;pt.push_back(temp); //将该字符及其个数压入向量for (int i=1;i<count;i++)//对整个字符串进行扫描{temp.ch=str[i]; //暂存第二个字符temp.num=1;temp.f=0.0;for (int j=0;j<pt.size();j++) //在结构向量中寻找是否有重复字符出现{ //若重复，该字符个数加1，并跳出循环int k; //若不重复，则压入该字符，并跳出循环k=search(pt,str[i],pt.size());if(k>=0){pt[k].num++;break;}else{pt.push_back(temp);break;}}}for (i=0;i<pt.size();i++) //计算不重复字符出现的概率{pt[i].f=double(pt[i].num)/count;}int number=pt.size(); //计算不重复字符出现的次数cout<<"各字符概率如下：\n";for (i=0;i<number;i++) //显示所得的概率，验证是否正确{if (count==0){cout<<"NO sample!\n";}else{c[i]=pt[i].ch;p[i]=pt[i].f;cout<<c[i]<<"的概率为："<<p[i]<<endl;}}return number; //返回不重复字符的个数}//求概率的辅助函数//若搜索发现有重复字符返回正数//否则，返回-1int search(vector<L> arch,char ch1,int n){for (int i=0;i<n;i++)if(ch1==arch[i].ch) return i;return -1;}//编码函数long double bma(char c[],long double p[],string str,int number,int size){long double High=0.0,Low=0.0,high,low,range;//High--下一个编码区间的上限，Low--下一个编码区间的下限；//high--中间变量，用来计算下一个编码区间的上限；//low--中间变量，用来计算下一个编码区间的下限；//range--上一个被编码区间长度int i,j=0;for(i=0;i<number;i++)if(str[0]==c[i]) break; //编码第一个字符while(j<i)Low+=p[j++]; //寻找该字符的概率区间下限range=p[j]; //得到该字符的概率长度High=Low+range; //得到该字符概率区间上限for(i=1;i<size;i++) //开始编码第二个字符for(j=0;j<number;j++) //寻找该字符在c数组中的位置{if(str[i]==c[j]){if(j==0) //若该字符在c数组中的第一个字符{low=Low; //此时该字符的概率区间下限刚好为零high=Low+p[j]*range;High=high;range*=p[j]; //求出该字符的编码区间长度}else //若该编码字符不是c数组中的第一个{float proba_next=0.0;for(int k=0;k<=j-1;k++)proba_next+=p[k]; //再次寻找字符的概率区间下限low=Low+range*proba_next; //编码区间下限high=Low+range*(proba_next+p[j]);//编码区间上限Low=low; //编码区间下限High=high; //编码区间上限range*=p[j]; //编码区间长度}}else continue; //i++，编码下一个字符}cout<<endl;cout<<"输入字符串的编码为:"<<Low<<endl;return Low;}//译码函数void yma(string str,char c[],long double p[], int number,int size,long double input){vector<char> v; //定义char类型向量vlong double temp; //中间变量long double sum[N]; //存储不重复字符概率区间的下限sum[0]=0.0; //数组第一个元素为0for (int i=1;i<number+1;i++) //计算数组各元素的值{sum[i]=sum[i-1]+p[i-1];}for (int j=0;j<size;j++){for (int k=0;k<number;k++){ //确定被编码字符的下限属于【0，1】之间的哪一段if ((input>sum[k])&&(input<sum[k+1])) //发现在哪就将属于该段的字符压入向量v{v.push_back(str[j]);temp=(input-sum[k])/(sum[k+1]-sum[k]);//计算下一个被编码字符的下限input=temp;break;}elsecontinue;}}cout<<endl;cout<<"译码输出为："; //将译码结果输出for (int m=0;m<v.size();m++){cout<<v[m];}cout<<endl;}。