编程实现Shannon编码、Huffman编码。 输入:信源概率分布。 输出:Shannon码、Huffman码,平均码长,编码效率。

时间: 2024-02-06 20:09:05 浏览: 25
以下是Python的实现: ```python import heapq from math import log2 class Node: def __init__(self, symbol=None, prob=0, left=None, right=None): self.symbol = symbol self.prob = prob self.left = left self.right = right def __lt__(self, other): return self.prob < other.prob def shannon_fano(p, symbols): def shannon_fano_rec(low, high): if low + 1 == high: return mid = low + 1 while mid < high and abs(prob_sum[mid - 1] - prob_sum[high - 1] + prob_sum[low - 1]) <= abs( prob_sum[mid] - prob_sum[high - 1] + prob_sum[low - 1]): mid += 1 for i in range(low, mid): codes[i] += '0' for i in range(mid, high): codes[i] += '1' shannon_fano_rec(low, mid) shannon_fano_rec(mid, high) n = len(p) prob_sum = [0] * n codes = [''] * n for i in range(n): prob_sum[i] = p[i] if i == 0 else prob_sum[i - 1] + p[i] shannon_fano_rec(0, n) code_dict = {symbols[i]: codes[i] for i in range(n)} return code_dict def huffman(p, symbols): n = len(p) q = [Node(symbols[i], p[i]) for i in range(n)] heapq.heapify(q) for i in range(n - 1): left = heapq.heappop(q) right = heapq.heappop(q) new_node = Node(prob=left.prob + right.prob, left=left, right=right) heapq.heappush(q, new_node) code_dict = {} def traverse(node, prefix=''): if node.symbol is not None: code_dict[node.symbol] = prefix else: traverse(node.left, prefix + '0') traverse(node.right, prefix + '1') root = heapq.heappop(q) traverse(root) return code_dict def calc_avg_code_length(code_dict, p): return sum([len(code_dict[symbol]) * p[i] for i, symbol in enumerate(code_dict.keys())]) def calc_efficiency(h, l): return h / l * 100 if __name__ == '__main__': p = [0.1, 0.15, 0.3, 0.16, 0.29] symbols = ['A', 'B', 'C', 'D', 'E'] shannon_code = shannon_fano(p, symbols) print('Shannon编码: ', shannon_code) huffman_code = huffman(p, symbols) print('Huffman编码: ', huffman_code) h_shannon = calc_avg_code_length(shannon_code, p) h_huffman = calc_avg_code_length(huffman_code, p) print('平均码长 - Shannon: ', h_shannon) print('平均码长 - Huffman: ', h_huffman) entropy = sum([-p[i] * log2(p[i]) for i in range(len(p))]) print('熵: ', entropy) eff_shannon = calc_efficiency(entropy, h_shannon) eff_huffman = calc_efficiency(entropy, h_huffman) print('编码效率 - Shannon: {:.2f}%'.format(eff_shannon)) print('编码效率 - Huffman: {:.2f}%'.format(eff_huffman)) ``` 输入为信源概率分布,其中p是每个符号出现的概率,symbols是每个符号的名称。输出为Shannon码、Huffman码、平均码长和编码效率。其中平均码长是根据概率分布和编码计算的,编码效率是熵与平均码长的比值。

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