信息论课程设计

电子科技大学电子工程学院信息论课程设计报告课程名称：信息编码与加密

课程设计报告

学生姓名：农瀚学号：2014020908021 指导教师：李万春

一、课程设计名称：编程实现霍夫曼、费诺、香农编码

二、课设原理：

1）霍夫曼编码：霍夫曼编码的平均码长最短，是最佳编码。编码步骤如下：

（1）将信源符号按概率大小排序；

（2）对概率最小的两个符号求其概率之和，同时给两幅

号分别赋予码元0和1；

（3）将概率之和当做一个新符号的概率。与剩下的概率一起，形成一个缩减信源，再重复上述步骤，直到概率和为1为止；（4）按上述步骤实际上构成了一个码树，从根到端点经过的树枝即为码字。

2）费诺编码：

编码步骤如下：

（1）将信源概率从大到小排序；

（2）将信源符号分成两组，使两组信源符号的概率之和近似相等，并给两组信源符号分别赋0和1；

（3）再把各个小组的信源符号细分为两组并赋码元，方法与第一次分组相同；

（4）如此一直下去，直到每一个小组只含一个信源符号为止；（5）由此可构造成一个码树，所有终端节点上的码字组成费诺码。

3）香农编码：

编码方法如下：

⑴将信源消息符号按其出现的概率大小依次排列

p(u1)≥p(u2)≥…≥p(un)

⑵确定码长Ki (整数) ：

Ki= []——取整

⑶为了编成唯一可译码，计算第i个消息的累加概率

⑷将累加概率Pi变换成二进制数。

⑸取pi二进制数的小数点后Ki位即为该消息符号的二进制数。

三、课设目的：通过编程实现三种方式的编码，掌握三种编

码方式的步骤。

四、课设内容：

三种编码方式的编程思路：

1、霍夫曼编码：（1）对给定的n个权值{W1,W2,W3,...,Wi,...,Wn}构成n棵二叉树的初始集合F= {T1,T2,T3,...,Ti,...,Tn}，其中每棵二叉树Ti中只有一个权值为Wi的根结点，它的左右子树均为空。（为方便在计算机上实现算法，一般还要求以Ti的权值Wi的升序排列。）

（2）在F中选取两棵根结点权值最小的树作为新构造的二叉树的左

右子树，新二叉树的根结点的权值为其左右子树的根结点的权值之和。

（3）从F中删除这两棵树，并把这棵新的二叉树同样以升序排列加入到集合F中。

（4）重复二和三两步，直到集合F中只有一棵二叉树为止。

2、费诺编码的编程思路：（1）先使用冒泡法对信源概率概率排序；（2）依次将按排好序的符号概率进行近似1:1分成两大组；

（3）对各组赋予一个二进制码元“0”和“1”；

（4）输出符号,符号概率及编码。

3、香农编码：

（1）对于一个给定的符号列表，制定了概率相应的列表或频率计数，使每个符号的相对发生频率是已知。

（2）排序根据频率的符号列表，最常出现的符号在左边，最少出现的符号在右边。

（3）清单分为两部分，使左边部分的总频率和尽可能接近右边部分的总频率和。

（4）该列表的左半边分配二进制数字0，右半边是分配的数字1。这意味着，在第一半符号代都是将所有从0开始，第二半的代码都从1开始。

（5）对左、右半部分递归应用步骤3和4，细分群体，并添加位的代码，直到每个符号已成为一个相应的代码树的叶。

五、器材（设备、元器件）：

计算机、visual studio2017社区版

六、设计代码：见附录

九、实验数据及结果

根据上述实验程序得到的实验数据及结果如下：霍夫曼编码：

费诺编码：

香农编码：

十、结论

完成了20个非等概随机信源的霍夫曼、费诺和香农编码，并给出了编码效率和码字。

十一、总结及心得体会

通过这次课程设计，我掌握了三种编码方式的步骤，并能够利用编程实现编码，提高了自己的编程水平和对该知识点的掌握程度。

附录代码：

// ConsoleApplication1.cpp : 定义控制台应用程序的入口点。

//

/*******霍夫曼编码*************/

#include"stdafx.h"

#include

#include

#include

#include

#include

#include

using namespace std;

#define SourNum 20

#define MAXBIT 100

#define MaxValue 10000

#define MAXLEAF 30

#define MAXNODE MAXLEAF*2 -1

double Sp[SourNum];

char coder[100][100];

int bitlong[100];

void ProSource()//产生非等概信源的函数

{

int n = 0;

srand((unsigned)time(0));

double sum = 0;

while (1)

{

Sp[n] = (double)rand() / (RAND_MAX);//产生随机浮点数

sum = sum + Sp[n];

if (sum < 1 && Sp[n] <0.086)

{

n++;

if (n >19)

break;

else continue;

}

else

{

sum = sum - Sp[n];

Sp[n] = 0;

continue;

}

}

Sp[SourNum] = 1 - sum;

}

/*******霍夫曼编码*************/

typedef struct

{

int bit[MAXBIT];

int start;

} HCode;

typedef struct

{

double weight;

double parent;

double lchild;

double rchild;

int last;

} HNodeType;