信息与编码理论实验报告.docx
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信息与编码理论实验报告
实验一：
唯一可译判决准则
1、实验目的
（1）进一步熟悉唯一可译判决准则；
（2）掌握C语言字符串处理程序的设计和调试技术。
2、实验要求
（1）已知：
信源符号个数
，码字集合
；
（2）输入：
任意一个码字集合
。
码字个数和每个具体的码字在运行时从键盘输入；
（3）输出：
判决（是唯一可译码/不是唯一可译码）。
3、算法
（1）设So为原始码字的集合，首先考察So中所有码字，如果So中有相同码字若码字，则不是唯一可译，停止；否则，若码字wj是码字wi的前缀，则将后缀列为S1中的元素；
（2）若产生的新集合为空，则为唯一可译，停止；否则转入步骤
（1）继续比较考察So和这个新的集合。
4、代码
#include
#include
#include
#include
#include
#defineTRUE1
#defineFALSE0
#defineOK1
#defineERROR0
#defineINFEASIBLE-1
#include"iostream.h"
typedefstructmazi
{
charzifu[10];
structmazi*next;
}QNode,*QueuePtr;
typedefstruct
{
QueuePtrfront;
QueuePtrrear;
}LinkQueue;
intInitQueue（LinkQueue&Q）//构造一个空的队列Q
{
Q.front=Q.rear=（QueuePtr）malloc（sizeof（QNode））;
if（!
Q.front）exit（OVERFLOW）;
Q.front->next=NULL;
returnOK;
}
intQueueLength（LinkQueueQ）//求队列长
{
inti=0;
QueuePtrp;
p=Q.front;
while（Q.rear!
=p）
{
i++;
p=p->next;
}
returni;
}
intEnQueue（LinkQueue&Q,chari[]）//插入字符串i为Q的新队尾元素
{
QueuePtrp;
p=（QueuePtr）malloc（sizeof（QNode））;
if（!
p）exit（OVERFLOW）;
strcpy（p->zifu,i）;
p->next=NULL;
Q.rear->next=p;
Q.rear=p;
returnOK;
}
intClearQueue（LinkQueue&Q）//清空队列
{
QueuePtrp,q;
Q.rear=Q.front;
p=Q.front->next;
Q.front->next=NULL;
while（p）
{
q=p;
p=p->next;
free（q）;
}
returnOK;
}
intbijiao（LinkQueue&Q,LinkQueue&R,LinkQueue&S）//比较Q和R存入队列S中
{
QueuePtrq,r;
inti,flag=1;
q=Q.front->next;
while（q）
{
r=R.front->next;
while（r）
{
if（strcmp（q->zifu,r->zifu）==0）flag=0;//不是唯一可译码
r=r->next;
}
q=q->next;
}
if（flag）
{
q=Q.front->next;
while（q）
{
r=R.front->next;
while（r）
{
if（strlen（q->zifu）!
=strlen（r->zifu））
{
i=strlen（q->zifu）zifu）?
strlen（q->zifu）:
strlen（r->zifu）;
if（strncmp（q->zifu,r->zifu,i）==0）
{
chars[10],t[10];
if（strlen（q->zifu）zifu））
{
strcpy（s,r->zifu）;
s[strlen（r->zifu）]='\0';
i=strlen（r->zifu）-strlen（q->zifu）;
}
else
{
strcpy（s,q->zifu）;
s[strlen（q->zifu）]='\0';
i=strlen（q->zifu）-strlen（r->zifu）;
}
strrev（s）;
strncpy（t,s,i）;
t[i]='\0';
strrev（t）;
EnQueue（S,t）;
}
}
r=r->next;
}
q=q->next;
}
}
if（QueueLength（S））
{
ClearQueue（R）;
flag=bijiao（Q,S,R）;
}
returnflag;
}
intbijiao（LinkQueue&Q,LinkQueue&R）//队列Q自己比较，存入R中
{
QueuePtrq,r;
inti,flag=2;
q=Q.front->next;
while（q）
{
r=q->next;
while（r）
{
if（strcmp（q->zifu,r->zifu）==0）
{
flag=0;//不是唯一可译码
}
r=r->next;
}
q=q->next;
}
if（flag）
{
q=Q.front->next;
while（q）
{
r=q->next;
while（r）
{
if（strlen（q->zifu）!
=strlen（r->zifu））
{
i=strlen（q->zifu）zifu）?
strlen（q->zifu）:
strlen（r->zifu）;
if（strncmp（q->zifu,r->zifu,i）==0）
{
chars[10],t[10];
if（strlen（q->zifu）zifu））
{
strcpy（s,r->zifu）;
s[strlen（r->zifu）]='\0';
i=strlen（r->zifu）-strlen（q->zifu）;
}
else
{
strcpy（s,q->zifu）;
s[strlen（q->zifu）]='\0';
i=strlen（q->zifu）-strlen（r->zifu）;
}
strrev（s）;
strncpy（t,s,i）;
t[i]='\0';
strrev（t）;
EnQueue（R,t）;
}
}
r=r->next;
}
q=q->next;
}
}
if（flag&&!
QueueLength（R））flag=1;//唯一可译
returnflag;
}
voidmain（）
{
LinkQueues0,s1,s2;
inti,N;
chars[10];
InitQueue（s0）;
InitQueue（s1）;
InitQueue（s2）;
cout<<"请输入码字个数N:
";
cin>>N;
cout<<"请输入各码字:
";
for（i=0;i{
cin>>s;
EnQueue（s0,s）;
}
if（bijiao（s0,s1）==0）cout<<"不是唯一可译码"<elseif（bijiao（s0,s1）==1）cout<<"是唯一可译码"<else
{
if（bijiao（s0,s1,s2）==0）cout<<"不是唯一可译码"<elsecout<<"是唯一可译码"<}
}
5、测试结果
实验二：
Huffman编码
1、实验目的
（1）进一步熟悉Huffman编码过程；
（2）掌握C语言递归程序的设计和调试技术。
2、实验要求
（1）输入：
信源符号个数r、信源的概率分布P；
（2）输出：
每个信源符号对应的Huffman编码的码字。
3、算法
（1）将信源U的n符号中个概率中两个概率最小的符号合并成一个新符号，新符号的概率为两个符号概率之和，得到只包含n-1个符号的缩减信源U1；
（2）依次继续，直至信源最后只剩下一个符号为止；
（3）将每次合并的两个信源符号分别用0和1码符号表示；
（4）从最后一级缩减信源开始，向前返回，就得出各信源符号所对应的码符号序列，即得各信源符号对应的码字。
4、代码
#include
#include
#include
typedefstruct{
unsignedfloatweight;
unsignedintparent,lchild,rchild;
}HTNode,*HuffmanTree;//动态分配数组存储赫夫曼树
typedefchar**HuffmanCode;//动态分配数组存储赫夫曼编码表
voidHuffmanCoding（HuffmanTree&HT,HuffmanCode&HC,float*w,intn）
{//w存放n个字符的权值（均>0），构造赫夫曼树HT，并求出n个字符的赫夫曼编码HC。
if（n<1）return;
voidSelect（HuffmanTreeHT,inta,int&a1,int&a2）;
HuffmanTreep;
inti,s1,s2,f,c,m,start;
char*cd;
m=2*n-1;
HT=（HuffmanTree）malloc（（m+1）*sizeof（HTNode））;//0号单元为空
for（p=HT+1,i=1;i<=n;i++,p++,w++）
{
p->weight=*w;p->parent=0;
p->lchild=0;p->rchild=0;
}
for（i=n+1;i<=m;i++,p++）
{
p->weight=0;p->parent=0;
p->lchild=0;p->rchild=0;
}
for（i=n+1;i<=m;i++）{//建赫夫曼树
//在HT[1..i-1]选择parent为0且weight最小的两个结点，其序号分别为s1和s2.
Select（HT,i-1,s1,s2）;
HT[s1].parent=i;HT[s2].parent=i;
HT[i].lchild=s1;HT[i].rchild=s2;
HT[i].weight=HT[s1].weight+HT[s2].weight;
}
//从叶子到根逆向求每个字符的赫夫曼编码
HC=（HuffmanCode）malloc（（n+1）*sizeof（char*））;//分配n个字符编码的头指针向量
cd=（char*）malloc（n*sizeof（char））;//分配求编码的工作空间
cd[n-1]='\0';//编码结束符
for（i=1;i<=n;i++）{//逐个字符求赫夫曼编码
start=n-1;//编码结束符位置
for（c=i,f=HT[i].parent;f!
=0;c=f,f=HT[f].parent）//从叶子到根逆向求编码
{
if（HT[f].lchild==c）cd[--start]='0';
elsecd[--start]='1';
}
HC[i]=（char*）malloc（（n-start）*sizeof（char））;//为第i个字符编码分配空间
strcpy（HC[i],&cd[start]）;//从cd复制编码（串）到HC
}
free（cd）;//释放工作空间
}
voidSelect（HuffmanTreeHT,inta,int&a1,int&a2）
{
intj;
intmin1;
intmin2;
for（j=1;j<=a;j++）
if（HT[j].parent==0）
{
min1=HT[j].weight;
a1=j;
break;
}
for（j=1;j<=a;j++）
{
if（HT[j].parent==0&&HT[j].weight{
min1=HT[j].weight;
a1=j;
}
}
for（j=1;j<=a;j++）
if（HT[j].parent==0&&j!
=a1）
{
min2=HT[j].weight;
a2=j;
break;
}
for（j=1;j<=a;j++）
{
if（HT[j].parent==0&&HT[j].weight=a1）
{
min2=HT[j].weight;
a2=j;
}
}
}
voidmain（）
{
float*w;
intn,i;
HuffmanTreeHT;
HuffmanCodeHC;
HT=NULL;
HC=NULL;
printf（"请输入信源符号个数n:
"）;
scanf（"%d",&n）;
w=（float*）malloc（n*sizeof（float））;
printf（"请依次输入各信源符号的概率:
"）;
for（i=0;iHuffmanCoding（HT,HC,w,n）;
for（i=0;iprintf（"第%d个信源符号的概率为%f,赫夫曼编码为:
%s\n",i+1,w[i],HC[i+1]）;
}
5、测试结果
实验三：
LZW编码
1、实验目的：
（1）进一步熟悉通用编码算法；
（2）掌握C语言程序设计和调试过程中数值的进制转换、数值与字符串之间的转换等技术。
2、实验要求：
（1）输入：
本程序将从标准输入中读入待压缩的数据流；
（2）输出：
将压缩结果输出到标准输出上去。
3、算法：
（1）将待编码信源序列中的所有单个字符存入串表中，并给每个符号赋一个码字值；
（2）读入第一个输入字符，赋给前缀变量P；
（3）读入下一个输入字符，赋给前缀变量S；
（4）如果S为空，输出P，停止；否则执行步骤5；
（5）如果PS不在串表中，则将P对应的码字值输出，将PS存入串表，并分配一个码字值，同是将扩展字符S赋给P；否则将PS赋给P；
4、代码：
#include"stdio.h"
#include"stdlib.h"
#include"string.h"
#include"iostream.h"
typedefstructzifu
{
chara[30];
};
voidmain（）
{
structzifu*x,*y;
inti,j,k,N,flag;
chars[30],p[30],q[30],z[30];
cout<<"请输入信源个数:
";
cin>>N;
x=y=（zifu*）malloc（N*sizeof（zifu））;
cout<<"请输入信源序列:
";
for（i=0;i>x[i].a;
for（i=0;ik=0;
strcpy（y[0].a,x[0].a）;
for（i=1;i{
flag=1;
for（j=0;j<=k;j++）if（strcmp（y[j].a,x[i].a）==0）flag=0;
if（flag）
{
k++;
strcpy（y[k].a,x[i].a）;
}
}
cout<<"可将信源编码为:
"<strcpy（p,&z[0]）;
p[1]='\0';
for（i=1;i{
strcpy（s,&z[i]）;
s[1]='\0';
flag=1;
strcpy（q,p）;
strcat（q,s）;
for（j=0;j<=k;j++）if（strcmp（q,y[j].a）==0）flag=0;
if（flag）
{
k++;
strcpy（y[k].a,q）;
for（j=0;jstrcpy（p,s）;
}
else
{
strcpy（p,q）;
}
}
for（j=0;j<=k;j++）if（strcmp（p,y[j].a）==0）cout<cout<<"输出字符串序列:
"<for（j=0;j<=k;j++）cout<}
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