算术编码Java实现

课本为西安电子科技大学《信息论与编码理论》第二版。

信息论与编码理论

算数编码两个关键递推公式

算术编码递推公式

实现如下:

/**The class is used to Arithmeti Coding.

*tool:notepad++,jdk 1.8

*Date: 2018/5/31

*@author  JFLIU

*@version 1.0

*说明:由于时间原因,没有严格异常检查,输入合法性检查,程序只能双字节输入变量(例如,a1,a2,b1等)。如果是二元编码,请用a1,a2(不要出现a0)等代替0,1。一个遗憾是,不能想到一个合理的方式解决尾数截断的进一。因为float,double在计算机的表示(IEEE 754标准)本人并不懂。对于P(ui),F(ui),没有采用有理数(Java中没有),编写需要时间,故直接用小数了。注意:本例中向量用下划线表示了。

*/

import java.util.Scanner;

import java.util.List;

import java.util.ArrayList;

import java.util.Collections;

//随机变量类

class RandomVariable {

private double possibility = 0;

private String randomVariableName = null;

RandomVariable() {

}

RandomVariable(double possibility, String randomVariableName) {

this.possibility = possibility;

this.randomVariableName = randomVariableName;

}

public void setPossibility(double possibility) {

this.possibility = possibility;

}

public void setRandomVaribleName(String randomVariableName) {

this.randomVariableName = randomVariableName;

}

public void setRandomVarible(String randomVariableName, double possibility) {

this.randomVariableName = randomVariableName;

this.possibility = possibility;

}

public double getPossibility() {

return this.possibility;

}

public String getRandomVaribleName() {

return this.randomVariableName;

}

}

public class ArithmetiCoding {

private static int num = 0;

private static double p_ui = 1.f;

private static double p_uiAdd1 = 0.f;

private static double puiAdd1 = 0.f;

private static double f_ui = 0.f;

private static double f_uiAdd1 = 0.f;

private static double fuiAdd1 = 0.f;

private static int n_ui = 0;

private static RandomVariable[] randomVariable = null;

private static int theNumOfCharacterSet = 0;

private static List  list = new  ArrayList();

public static void main(String args[]) {

Scanner in = new Scanner(System.in);

System.out.print("请输入字符集个数: ");

try {

num = in.nextInt();

if(num <= 0) {

System.out.println("输入值应该大约0!");

System.exit(0);

}

} catch(Exception e) {

System.out.println("输入含有非法字符!");

System.exit(0);

}

inputFunction(num);

input();

}

public static void inputFunction(int num) {

randomVariable = new RandomVariable[num];

Scanner in = new Scanner(System.in);

for(int i=0; i < randomVariable.length; i++)

            randomVariable[i]=new RandomVariable();


for(int i = 0; i < num; i++) {

System.out.print("请输入字符" + (i+1) +"及其概率: ");

randomVariable[i].setRandomVarible(in.next(),in.nextDouble());

list.add(randomVariable[i]);

}

}

public static void input() {

int index = 0;

String temp = "0.";

Scanner in = new Scanner(System.in);

System.out.print("信源序列,以逗号分割: ");

String str = in.nextLine();

        String[] splitstr=str.split(",");

System.out.println();

System.out.println("序号\tui\tP(ui)\t\tF(ui)\t\tn(ui)\tS");

System.out.println((index++) + "  \t空\t1  \t\t 0  \t\t 0  \t");

        for(int i = 0;i < splitstr.length; i++){

fuiAdd1 = distributionFunction(splitstr[i]);

f_uiAdd1Function();

            puiAdd1 = list.get(index(splitstr[i])-1).getPossibility();

p_uiAdd1Function();

n_ui = (int)(Math.ceil(-1*Math.log(p_uiAdd1)/Math.log(2)));

double binary = f_uiAdd1;

for(int j = 0; j < n_ui; j++) {

binary *= 2;

temp += (int)binary;

binary = binary - (int)binary;

}

System.out.println((index++)+"\t"+splitstr[i]+"\t"+String.format("%-12s",p_uiAdd1)+"\t"+String.format("%-10s",f_uiAdd1)+"\t"+n_ui+"\t"+temp);

f_ui = f_uiAdd1;

p_ui = p_uiAdd1;

temp = "0.";

        }

}

public static int index(String randomVariableName) {

String temp = "";

for(int i = 1; i < randomVariableName.length(); i++) {

temp += randomVariableName.charAt(i);

}

return Integer.parseInt(temp);

}

//分布函数

public static double distributionFunction(String randomVariableName) {

double possibilityDistribution = 0.f;

for(int i = 0; i < index(randomVariableName) - 1; i++) {

possibilityDistribution += list.get(i).getPossibility();

}

return possibilityDistribution;

}

//递推公式

public static void p_uiAdd1Function() {

p_uiAdd1 = p_ui * puiAdd1;

}

public static void f_uiAdd1Function() {

f_uiAdd1 = f_ui + p_ui * fuiAdd1;

}

}


课本P65例3.4.3程序运行结果

P65例3.4.3程序运行结果

可见编码为10001101110100。

习题3.12

习题3.12

由于截断,实际编码为0101100111101。即最后一位应该补上一位。

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