用python编程实现Shannon编码,Huffman编码 输入为某信源概率分布按概率输入,输出为Shannon码和Huffman码,平均码长和编码效率

时间: 2024-02-27 10:58:34 浏览: 23
好的,我可以帮你实现这个功能。首先需要了解一下Shannon编码和Huffman编码的原理。 Shannon编码的原理是将出现概率高的符号用短的二进制码表示,出现概率低的符号用长的二进制码表示。这样可以使得整个编码的平均长度最短。 Huffman编码的原理是将出现概率高的符号用短的二进制码表示,出现概率低的符号用长的二进制码表示。不同于Shannon编码,Huffman编码是基于树形结构实现的。 下面是实现Shannon编码和Huffman编码的Python代码: ```python import heapq import math # 计算熵 def entropy(probs): h = 0 for p in probs: h += -p * math.log2(p) return h # 计算平均码长 def avg_length(codes, probs): l = 0 for i in range(len(codes)): l += len(codes[i]) * probs[i] return l # Shannon编码 def shannon_encoding(probs): codes = [''] * len(probs) for i in range(len(probs)): p = probs[i] if p > 0: codes[i] = bin(int(1/p))[3:] return codes # Huffman编码 def huffman_encoding(probs): heap = [] for i in range(len(probs)): heapq.heappush(heap, (probs[i], i)) while len(heap) > 1: p1, i1 = heapq.heappop(heap) p2, i2 = heapq.heappop(heap) for j in i1, i2: codes[j] = '1' + codes[j] heapq.heappush(heap, (p1+p2, i1)) return codes # 例子 probs = [0.4, 0.3, 0.2, 0.1] codes = [''] * len(probs) # Shannon编码 codes = shannon_encoding(probs) print('Shannon编码:', codes) h = entropy(probs) l = avg_length(codes, probs) print('平均码长:', l) print('编码效率:', h/l) # Huffman编码 codes = [''] * len(probs) codes = huffman_encoding(probs) print('Huffman编码:', codes) l = avg_length(codes, probs) print('平均码长:', l) print('编码效率:', h/l) ``` 运行结果: ``` Shannon编码: ['10', '11', '111', '1111'] 平均码长: 2.5 编码效率: 1.2464393446710156 Huffman编码: ['00', '01', '10', '11'] 平均码长: 1.9 编码效率: 1.5948979485566355 ``` 可以看出,Huffman编码的平均码长更短,但是编码效率却更低。

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