使用【c++】写【设有图像的灰度级X={x1,x2,x3,x4,x5},出现的概率分别为P=P(xi){0.33,0.27,0.1,0.13,0.17},利用哈夫曼编码输出各字符的码字并计算其平均码长、信源熵。】的代码

时间: 2024-11-25 17:21:53 浏览: 19
在C++中,我们可以使用哈夫曼树(Huffman Tree)算法来生成每个灰度级的最优二进制码字,并计算信源熵和平均码长。首先,我们需要创建一个优先队列以及定义一个节点结构来表示概率和值。以下是简单的实现步骤: ```cpp #include <iostream> #include <queue> #include <vector> // 节点结构体 struct HuffmanNode { int value; double probability; std::string code; HuffmanNode* left, *right; }; // 计算两个节点的合并概率 double combineProb(HuffmanNode* node1, HuffmanNode* node2) { return (node1->probability + node2->probability); } // 构建哈夫曼树 HuffmanNode* buildHuffmanTree(std::vector<HuffmanNode>& nodes) { if (nodes.size() == 1) return &nodes[0]; std::priority_queue<std::pair<double, HuffmanNode*>, std::vector<std::pair<double, HuffmanNode*>>, std::greater<std::pair<double, HuffmanNode*>>> pq(nodes.begin(), nodes.end()); while (pq.size() > 1) { double minProb = pq.top().first; pq.pop(); double secondMinProb = pq.top().first; pq.pop(); HuffmanNode* left = pq.top().second; pq.pop(); HuffmanNode* right = pq.top().second; pq.pop(); HuffmanNode* newNode = new HuffmanNode(); newNode->probability = combineProb(left, right); newNode->left = left; newNode->right = right; pq.push({minProb + secondMinProb, newNode}); } return pq.top().second; } // 从根节点开始,递归分配编码 void assignCodes(HuffmanNode* root, std::string code, std::vector<HuffmanNode*>& codes) { if (root->left == nullptr && root->right == nullptr) { codes[root->value] = code; } else { assignCodes(root->left, code + "0", codes); assignCodes(root->right, code + "1", codes); } } // 计算信源熵 double calculateEntropy(const std::vector<int>& probabilities) { double entropy = 0.0; for (int i : probabilities) { if (i > 0) { entropy += -i * log2(i); } } return entropy; } int main() { // 图像灰度级和概率 std::vector<int> X = {x1, x2, x3, x4, x5}; std::vector<double> P = {0.33, 0.27, 0.1, 0.13, 0.17}; // 确保概率总和为1 // 创建节点数组 std::vector<HuffmanNode> nodes(X.size()); for (size_t i = 0; i < X.size(); ++i) { nodes[i].value = X[i]; nodes[i].probability = P[i]; nodes[i].code = ""; } // 构建哈夫曼树 HuffmanNode* root = buildHuffmanTree(nodes); // 为每个灰度级分配编码 std::vector<HuffmanNode*> codes(X.size()); assignCodes(root, "", codes); // 输出码字和计算信源熵 for (auto& node : codes) { std::cout << "灰度级 " << node->value << " 的码字是: " << node->code << '\n'; } double avgCodeLength = 0; for (size_t i = 0; i < X.size(); ++i) { avgCodeLength += codes[i]->probability * codes[i]->code.length(); } avgCodeLength /= X.size(); std::cout << "平均码长: " << avgCodeLength << "\n"; double sourceEntropy = calculateEntropy(P); std::cout << "信源熵: " << sourceEntropy << "\n"; return 0; } ``` 这个程序会构建哈夫曼树,生成每个灰度级的码字,并计算信源熵和平均码长。注意,`x1`, `x2`, `x3`, `x4`, 和 `x5` 需要在实际应用中替换为你所给的具体灰度级数值。
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