信息论与编码 python实现费诺编码代码详解

先给出整体代码要copy的朋友可以拿去
下面给出

from math import *
class FanoCod: #费诺编码code_dict = {}x_p = {}x_plist = []AvgCodeLength = 0CodingEfficiency = 0def sort(self,data:str):# 统计信源中各个概率self.x_p = {}  # 一个信源和概率对应的字典x_list = []for i in data:if i not in x_list:x_list.append(i)length = len(data)for i in x_list:self.x_p[i] = data.count(i) / length# 对概率进行降序排序 并返回一个列表self.x_plist = sorted(self.x_p.items(), key=lambda kv: (kv[1], kv[0]))  # 直接百度找来的字典跟据值进行排序self.x_plist=self.x_plist[::-1]# 更新码字表的字典值for i in self.x_plist:self.code_dict[i[0]]=''# 返回一个列表 列表元素是一个元组 元组有两个东西组成,分别是字符和概率return self.x_plistdef GeneratedCodeWord(self,list1):if len(list1)!=1:length=len(list1)pos = self.getIndex(list1)  # 获取最佳分组点left = list1[0:pos + 1]right = list1[pos + 1:]#加0或1for i in range(0,length):if i<=pos:self.code_dict[list1[i][0]]+='0'else:self.code_dict[list1[i][0]]+='1'#递归self.GeneratedCodeWord(left)self.GeneratedCodeWord(right)def getAvgCodeLength(self):sum=0for i in self.code_dict:length=len(self.code_dict[i])sum+=length*self.x_p[i]self.AvgCodeLength=sumreturn sumdef getCodingEfficiency(self):Hx=0for i in self.x_plist:Hx+=-i[1]*log(i[1],2)self.CodingEfficiency=Hx/self.AvgCodeLengthreturn self.CodingEfficiencydef getIndex(self,list1):temp = []for i in range(0, len(list1) - 1):left = 0right=0for j in range(0, i + 1):left += self.x_plist[j][1]for k in range(i+1,len(list1)):right+=self.x_plist[k][1]temp.append(abs(left-right))return temp.index(min(temp))if __name__=='__main__':print("{:-^20}".format("费诺编码"))data = '1111222334'费诺=FanoCod()x_plist= 费诺.sort(data)费诺.GeneratedCodeWord(x_plist)print("平均码长为:%f" % 费诺.getAvgCodeLength())print("编码效率为:%f" % 费诺.getCodingEfficiency())print(费诺.code_dict)

1.先将输入的消息排序
统计所有输入计算概率然后从大到小排序
从大到小排序先

    def sort(self,data:str):# 统计信源中各个概率self.x_p = {}  # 一个信源和概率对应的字典x_list = []for i in data:if i not in x_list:x_list.append(i)length = len(data)for i in x_list:self.x_p[i] = data.count(i) / length# 对概率进行降序排序 并返回一个列表self.x_plist = sorted(self.x_p.items(), key=lambda kv: (kv[1], kv[0]))  # 直接百度找来的字典跟据值进行排序self.x_plist=self.x_plist[::-1] # 降序# 这里得到的x_plist的形式为[('1', 0.5), ('2', 0.3), ('3', 0.2)] 排序把字典转换为了对应的元组列表# 创建码字表的字典值for i in self.x_plist:self.code_dict[i[0]]=''# 返回一个列表 列表元素是一个元组 元组有两个东西组成,分别是字符和概率return self.x_plist

接下来就是递归生成码表
这里我一直想要用循环实现,但是研究了好长时间放弃了循环的想法还是递归香
但是理论上能有递归就可以用循环,希望哪位写出用循环代码的大佬能分享下

    def GeneratedCodeWord(self,list1):if len(list1)!=1:length=len(list1)pos = self.getIndex(list1)  # 获取最佳分组点left = list1[0:pos + 1]right = list1[pos + 1:]#加0或1for i in range(0,length):if i<=pos:self.code_dict[list1[i][0]]+='0'else:self.code_dict[list1[i][0]]+='1'#递归self.GeneratedCodeWord(left)self.GeneratedCodeWord(right)def getIndex(self,list1): #获取最佳分组位置的函数temp = [] #存放每次for i in range(0, len(list1) - 1):left = 0right=0for j in range(0, i + 1): #这里最起码要循环一次所以 右边界为i+1left += self.x_plist[j][1] #计算左边和for k in range(i+1,len(list1)):right+=self.x_plist[k][1] #计算右边和temp.append(abs(left-right)) #计算差的绝对值return temp.index(min(temp)) #利用python的函数获取最小值所对用的位置

然后就是求编码效率和平均码长了
编码效率公公式

这个函数写的就很容易看懂了这里就不讲了

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