Теория информации. Лабораторные работы №1-5 на С++. Для всех вариантов.

Лабораторная работа 1

Вычисление энтропии Шеннона

Цель работы: Экспериментальное изучение свойств энтропии Шеннона.

Среда программирования: любая с С-подобным языком программирования.

Результат: программа, тестовые примеры, отчет.

Задание:
1. Для выполнения данной лабораторной работы необходимо предварительно сгенерировать два файла. Каждый файл содержит последовательность символов, количество различных символов больше 2 (3,4 или 5). Объем файлов больше 10 Кб, формат txt.
Первый файл (назовем его F1) должен содержать последовательность символов с равномерным распределением, т.е. символы встречаются в последовательности равновероятно и независимо.
Второй файл (F2) содержит последовательность символов с неравновероятным распределением.

2. Составить программу, определяющую несколько оценок энтропии созданных текстовых файлов. Оценки энтропии необходимо вычислить по формуле Шеннона двумя способами, т.е. используя частоты отдельных символов и используя частоты пар символов. По желанию можно продолжить процесс вычисления оценок с использованием частот троек, четверок символов и т.д.

3. После тестирования программы необходимо заполнить таблицу для отчета и проанализировать полученные результаты.

Оценка энтропии
(частоты отдельных символов) Теоретическое значение энтропии
(отдельные символы) Оценка энтропии
(частоты пар символов) Теоретическое значение энтропии
(для пар символов)
F1
F2

Лабораторная работа 2

Вычисление энтропии Шеннона

Цель работы: Экспериментальное изучение свойств энтропии Шеннона.

Среда программирования: любая с С-подобным языком программирования.

Результат: программа, тестовые примеры, отчет.

Задание:
1. Составить программу, определяющую несколько оценок энтропии текстового файла (размер не менее 10 Кб). Оценки энтропии необходимо вычислить по формуле Шеннона двумя способами, т.е. используя частоты отдельных символов и используя частоты пар символов. По желанию можно продолжить процесс вычисления оценок с использованием частот троек, четверок символов и т.д.
Для художественных текстов (русский или английский языки) предполагается, что строчные и заглавные символы не отличаются, знаки препинания объединены в один символ, к алфавиту добавлен пробел, для русских текстов буквы «е» и «ё», «ь» и «ъ» совпадают. При использовании текста программы учитываются все символы, кроме знаков табуляции.

2. После тестирования программы необходимо заполнить таблицу для отчета и проанализировать полученные результаты. Сравнить полученные результаты с результатами лабораторной работы 1.

Название текста Максимально возможное значение энтропии Оценка энтропии
(одиночные символы) Оценка энтропии
(частоты пар символов)
Текст №1
(фрагмент художественного произведения)     
Текст №2 (фрагмент художественного произведения)     
Текст написанной программы     

Лабораторная работа 3

Оптимальное побуквенное кодирование

Цель работы: Изучение метода оптимального кодирования Хаффмана.

Среда программирования: любая с С-подобным языком программирования.

Результат: программа, тестовые примеры, отчет.

1. Запрограммировать процедуру двоичного кодирования текстового файла методом Хаффмана. Текстовые файлы использовать те же, что и в лабораторных работах №1,2. Для художественных текстов (русский или английский языки) предполагается, что строчные и заглавные символы не отличаются, знаки препинания объединены в один символ, к алфавиту добавлен пробел, для русских текстов буквы «е» и «ё», «ь» и «ъ» совпадают.

2. Проверить, что полученный код является префиксным.

3. После кодирования текстового файла вычислить оценки энтропии выходной последовательности, используя частоты отдельных символов, пар символов и троек символов.

4. Заполнить таблицу и проанализировать полученные результаты.

Метод
кодирования Название текста Оценка
избыточности кодирования  Оценка энтропии выходной посл-ти (частоты символов) Оценка энтропии выходной посл-ти (частоты пар символов) Оценка энтропии выходной посл-ти (частоты троек символов)
Метод Хаффмана Текст №1    
 Текст №2    
Избыточность кодирования определяется как , где H – энтропия текста, Lcp – средняя длина кодового слова.

Лабораторная работа 4

Методы почти оптимального кодирования

Цель работы: Изучение метода почти оптимального кодирования Фано.

Среда программирования: любая с С-подобным языком программирования.

Результат: программа, тестовые примеры, отчет.

1. Запрограммировать процедуры двоичного кодирования текстового файла методом Фано. Текстовые файлы использовать те же, что и в лабораторной работе №1 и 2. Для художественных текстов (русский или английский языки) предполагается, что строчные и заглавные символы не отличаются, знаки препинания объединены в один символ, к алфавиту добавлен пробел, для русских текстов буквы «е» и «ё», «ь» и «ъ» совпадают.
2. Проверить, что полученный код является префиксным.
3 После кодирования текстового файла вычислить оценки энтропии выходной последовательности, используя частоты отдельных символов, пар символов и тройки символов.
4. После тестирования программы необходимо заполнить таблицу и проанализировать полученные результаты.

Метод
кодирования Название текста Оценка
избыточности кодирования  Оценка энтропии выходной посл-ти (частоты символов) Оценка энтропии выходной посл-ти (частоты пар символов) Оценка энтропии выходной посл-ти (частоты троек символов)
Метод Хаффмана Текст №1    
 Текст №2    
Метод Фано Текст №1    
 Текст №2    

Избыточность кодирования определяется как , где H – энтропия текста, Lcp – средняя длина кодового слова.

Лабораторная работа 5

Почти оптимальное кодирование

Цель работы: Изучение метода почти оптимального кодирования Шеннона.

Среда программирования: любая с С-подобным языком программирования.

Результат: программа, тестовые примеры, отчет.
1. Запрограммировать процедуру двоичного кодирования текстового файла методом Шеннона. Текстовые файлы использовать те же, что и в лабораторной работе №1-4. Для художественных текстов (русский или английский языки) предполагается, что строчные и заглавные символы не отличаются, знаки препинания объединены в один символ, к алфавиту добавлен пробел, для русских текстов буквы «е» и «ё», «ь» и «ъ» совпадают.
2. Проверить, что полученный код является префиксным.
3. После кодирования текстового файла вычислить оценки энтропии выходной последовательности, используя частоты отдельных символов, пар символов и троек символов.
4. Заполнить таблицу и проанализировать полученные результаты.

Метод
кодирования Название текста Оценка
избыточности кодирования  Оценка энтропии выходной посл-ти (частоты символов) Оценка энтропии выходной посл-ти (частоты пар символов) Оценка энтропии выходной посл-ти (частоты троек символов)
Метод Хаффмана Текст №1    
 Текст №2    
Метод Шеннона Текст №1    
 Текст №2    
Метод Фано Текст №1    
 Текст №2    
Избыточность кодирования определяется как , где H – энтропия текста, Lcp – средняя длина кодового слова.

Коментарии: Уважаемый слушатель, дистанционного обучения,
Оценена Ваша работа по предмету: Теория информации
Вид работы: Лабораторная работа
Оценка: Зачет
Дата оценки: .05.2016
Рецензия:Уважаемый
Мачикина Елена Павловна