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1、信息论与编码实验指导书1 课程实验目的本课程是一门实践性很强的专业课和核心课程，根据课程理论教学的需要安排了 6 学时的配套实验教学，主要内容涉及信息度量的计算方法、典型信源编码方法、典型信道容量计算方法和数据压缩方法四个实验，这四个实验的开设一方面有助于学生消化、巩固课程理论教学的知识，另一方面又可培养学生实践动手能力，同时为后续课程做好准备。2 课程实验要求2.1 课程实验准备要求（ 1）课程实验主要为设计性实验，要求学生熟悉掌握在VC环境下编写和调试C+取序 的方法。（ 2）要求学生在实验前复习实验所用到的预备知识。可以查阅教材或者相关的参考资料，这需要学生有自主的学习意识和整理知识的能
2、力。（ 3）根据实验项目，设计相关的数据结构和算法，再转换为对应的书面程序，并进行静态检查，尽量减少语法错误和逻辑错误。上机前的充分准备能高效利用机时，在有限的时间内完成更多的实验内容。2.2 课程实验过程要求（ 1）生成源代码。将课前编写好的书面代码，利用VC 自带的编辑器尽快输入为转换为源代码；（ 2）程序调试和软件测试。要求学生熟练掌握调试工具，调试正确后，认真整理源程序和注释，给出带有完整注释且格式良好的源程序清单和结果。（ 3）完成实验报告。根据实验内容和完成情况，按照附件1 给定的格式完成课程实验报告的编写。2.3 课程实验报告要求在每次课程实验后要及时进行总结和整理，并编写课程实
3、验报告。报告格式按江西蓝 天学院实验报告纸格式填写。实验一 二维随机变量信息熵的计算 实验目的 掌握二变量多种信息量的计算方法。 实验学时2 学时 实验准备1熟悉二变量多种信息量的计算方法，设计实验的数据结构和算法；2编写计算二维随机变量信息量的书面程序代码。 实验内容及步骤 离散二维随机变换熵的计算说明：( 1)利用random 函数和归一化方法构造一个二维离散随机变量(X， Y) ；( 2)分别计算X与Y的嫡、联合嫡、条件嫡：H (X)、H(Y)、H(X,Y) H (X|Y)、I (X|Y);( 3)对测试通过的程序进行规范和优化；( 4)编写本次实验的实验报告。附实验一主要内容及源程序实
4、验一 离散二维随机变量信息熵的计算1 实验内容( 1)利用 random 函数和归一化方法构造一个二维离散随机变量( X， Y) ；(2)分别计算X与Y的嫡、联合嫡、条件嫡：H (X)、H (Y)、H (X,Y) H (X|Y)、I (X|Y);2 数据结构与算法描述( 1)函数的定义：函数的数据成员1 . 随机生成函数的代码：int k,n,t=0;double a44,b=0,c=0;for (k=0;k4;k+)for (n=0;n4;n+)akn=rand()%100;t+=akn;coutvv”从到间随机取得行列的random数：endl;for (k=0;k4;k+)(for (n
5、=0;n4;n+)(coutsetw(5)akn;)coutendl;)2 .函数归一化代码：cout函数归一化：endl;for (k=0;k4;k+)for (n=0;n4;n+)coutsetw(12)akn/t;)coutendl;)3 . H(Y)、H(X)计算代码：cout H(Y)计算：setw(20) H(X)计算：endl;int e=1;for (k=0;k4;k+)double i=0,g=0;for (n=0;n4;n+)i+=(akn/t);g+=(ank/t);) coutP(Y” k+1) : isetw(8) P(X e) : gendl;+e;b-=(i*10
6、g(i)/10g(2.0);c-=(g*10g(g)/10g(2.0);)coutH(Y)=- 12 P(Y)10g p(Y)= bend1;coutH(X)=- Ep(X)1og p(X)= cend1;4 .联合嫡H (X,Y)计算代码：cout联合嫡 H (X,Y)计算：end1;b=0;int r,u,h=0;for (k=0;k4;k+)for (n=0;n4;n+)if (akn!=0)b-=(akn/t)*log(akn/t)/log(2.0);)else(r=k,u=n;h=1;break;)if (h=0)coutH(X,Y)=- EE p(X,Y)log p(X,Y)= b
7、endl;else coutvv PC* wr+ivv, vvu+1vd)为零,中断,无值vvendl;5 .条件嫡H (X|Y)计算代码：coutvv” 条件嫡 H (X|Y)计算：endl;b=O,h=O;for (k=0;k4;k+)double i=0;for (n=0;n4;n+)i+=(akn/t);for (n=0;n4;n+)if (akn!=0)b-=(akn/t)*log(akn/t)/i)/log(2.0);else h=1; break;if (h=0)cout H(X|Y)=- EE P(X,Y)log(P(X,Y)/P(Y)=H bendl;else cout P(
8、 r+1, u+1!)为零,中断,无值endl;coutI (X|Y)计算：endl;if (h=0)cout I (X|Y) =H(X)-H(X|Y)= c-bendl;else cout P( r+1, u+1!)为零,中断,无值endl;(2)主函数main ()实现初始化操作，完成对子函数的调用因为整个程序是写在 main函数中，就不列出，会在下面源程序清单中给出程序。3实验数据与实验结果这里设定函数为4行4列的随机矩阵。然后函数归一化，即：把所有数字相加，再用每个数去除，就得到了归一化后的矩阵而H (X)、H (Y)、H (X,Y) H (X|Y)、I (X|Y)就根据课本上的公式，
9、然后编程。输出结果如下：4程序代码清单：#include #include #include #include #include using namespacestd;void main()int k,n,t=0;double a44,b=0,c=0;srand( unsigned )time(NULL);for (k=0;k4;k+)for (n=0;n4;n+)akn=rand()%100;t+=akn;cout从0到100间随机取彳#行列的random数：endl;for (k=0;k4;k+)(for (n=0;n4;n+)(coutsetw(5)akn;)coutendl;)cout
10、函数归一化：endl;for (k=0;k4;k+)(for (n=0;n4;n+)(coutsetw(12)akn/t;coutendl;)cout H(Y)计算：setw(20) H(X)计算：endl;int e=1;for (k=0;k4;k+)double i=0,g=0;for (n=0;n4;n+)i+=(akn/t);g+=(ank/t);)gendl;coutP(Y k+1) : isetw(8) P(X e): +e;b-=(i*10g(i)/10g(2.0);c-=(g*10g(g)/10g(2.0);coutH(Y)=- Ep(Y)log p(Y)= bendl;cou
11、tvvH(X尸-Ep(X)log p(X)= cendl;coutvv联合嫡 H (X,Y)计算：endl;b=0;int r,u,h=O;for (k=0;k4;k+)(for (n=0;n4;n+)(if (akn!=0)(b-=(akn/t)*log(akn/t)/log(2.0);elser=k,u=n;h=1;break;)if (h=0)coutH(X,Y)=- EE p(X,Y)log p(X,Y)= bendl;else cout P( r+1, vvu+1vd)为零,中断,无值vvendl;coutvv”条件嫡 H (X|Y)计算：endl;b=O,h=O;for (k=0;
12、k4;k+)(double i=0;for (n=0;n4;n+)i+=(akn/t);)for (n=0;n4;n+)(if (akn!=0)(b-=(akn/t)*10g(akn/t)/i)/10g(2.0);)else h=1; break;)if (h=0)cout H(X|Y尸-EE P(X,Y)log(P(X,Y)/P(Y)=bendl;else cout P( r+1, u+1!)为零,中断,无值endl;coutI (X|Y)计算：endl;if (h=0)cout I (X|Y) =H(X)-H(X|Y)= c-bendl;else cout P( r+1, u+1!)为零,
13、中断,无值endl;实验二 简单信源编码方法实现 实验目的 掌握 Huffman 编码方法。 实验学时2 学时 实验准备（ .熟悉离散信源的编码方法，重点是Huffman编码方法，设计Huffman编码的数据结构和算法；（ 编写Huffman 编码的书面程序代码。 实验内容及步骤 离散信源的 Huffman 编、译码方法说明：（ 1）利用 random 函数构造一个一维离散随机变量分布P（X） ；（ 2）构造离散随机变量的概率压缩表；（ 3）根据概率压缩表构造Huffman 编码表，并实现Huffman 编码；（ 4）完成 Huffman 译码；（ 4）编写本次实验的实验报告。附实验二实验内容及程序源程序实验二 离散信源的 Huffman
