算术编码的C++实现.doc

算术编码的C++实现 #include <iostream> #include <string> #include <cstring> #include <vector> using namespace std; #define N 50 //输入的字符应该不超过50个 struct L //结构用于求各字符及其概率 { char ch; //存储出现的字符（不重复） int num; //存储字符出现的次数 double f;//存储字符的概率 }; //显示信息 void disp(); //求概率函数，输入：字符串；输出：字符数组、字符的概率数组;返回：数组长度； int proba(string str,char c[],long double p[],int count); //求概率的辅助函数 int search(vector<L> arch,char,int n); //编码函数，输入：字符串，字符数组，概率数组，以及数组长度；输出：编码结果 long double bma(char c[],long double p[],string str,int number,int size); //译码函数，输入：编码结果，字符串，字符数组，概率数组，以及它们的长度；输出：字符串 //该函数可以用于检测编码是否正确 void yma(string str,char c[],long double p[], int number,int size,long double input); int main() { string str; //输入要编码的String类型字符串 int number=0,size=0; //number--字符串中不重复的字符个数；size--字符串长度 char c[N]; //用于存储不重复的字符 long double p[N],output; //p[N]--不重复字符的概率，output--编码结果 disp(); cout<<"输入要编码的字符串:"; getline(cin,str); //输入要编码的字符串 size=str.length(); //字符串长度 number=proba(str,c,p,size);//调用求概率函数，返回不重复字符的个数 cout.setf(ios::fixed); //“魔法配方”规定了小数部分的个数 cout.setf(ios::showpoint); //在此规定编码结果的小数部分有十个 cout.precision(10); output=bma( c, p, str, number, size);//调用编码函数，返回编码结果 yma(str,c, p, number, size, output); //调用译码函数，输出要编码的字符串， //以验证编码是否正确 return 0; } //显示信息 void disp() { cout<<endl; cout<<"********************算术编码*********************\n"; cout<<"*****************作者：heiness******************\n"; cout<<endl; cout<<"此程序只需要输入要编码的字符串，不需要输入字符概率\n"; cout<<endl; } //求概率函数 int proba(string str,char c[],long double p[], int count) { cout.setf(ios::fixed); //“魔法配方”规定了小数部分位数为三位 cout.setf(ios::showpoint); cout.precision(3); vector<L>pt; //定义了结构类型的向量，用于同时存储不重复的字符和其概率 L temp; //结构类型的变量 temp.ch = str[0]; //暂存字符串的第一个字符，它的个数暂设为1 temp.num=1; temp.f=0.0; pt.push_back(temp); //将该字符及其个数压入向量 for (int i=1;i<count;i++)//对整个字符串进行扫描 { temp.ch=str[i]; //暂存第二个字符 temp.num=1; temp.f=0.0; for (int j=0;j<pt.size();j++) //在结构向量中寻找是否有重复字符出现 { //若重复，该字符个数加1，并跳出循环 int k; //若不重复，则压入该字符，并跳出循环 k=search(pt,str[i],pt.size()); if(k>=0) { pt[k].num++; break; } else { pt.push_back(temp); break; } } } for (i=0;i<pt.size();i++) //计算不重复字符出现的概率 { pt[i].f=double(pt[i].num)/count; } int number=pt.size(); //计算不重复字符出现的次数 cout<<"各字符概率如下：\n"; for (i=0;i<number;i++) //显示所得的概率，验证是否正确 { if (count==0) { cout<<"NO sample!\n"; } else { c[i]=pt[i].ch; p[i]=pt[i].f; cout<<c[i]<<"的概率为："<<p[i]<<endl; } } return number; //返回不重复字符的个数 } //求概率的辅助函数 //若搜索发现有重复字符返回正数 //否则，返回-1 int search(vector<L> arch,char ch1,int n) { for (int i=0;i<n;i++) if(ch1==arch[i].ch) return i; return -1; } //编码函数 long double bma(char c[],long double p[],string str,int number,int size) { long double High=0.0,Low=0.0,high,low,range; //High--下一个编码区间的上限，Low--下一个编码区间的下限； //high--中间变量，用来计算下一个编码区间的上限； //low--中间变量，用来计算下一个编码区间的下限； //range--上一个被编码区间长度 int i,j=0; for(i=0;i<number;i++) if(str[0]==c[i]) break; //编码第一个字符 while(j<i) Low+=p[j++]; //寻找该字符的概率区间下限 range=p[j]; //得到该字符的概率长度 High=Low+range; //得到该字符概率区间上限 for(i=1;i<size;i++) //开始编码第二个字符 for(j=0;j<number;j++) //寻找该字符在c数组中的位置 { if(str[i]==c[j]) { if(j==0) //若该字符在c数组中的第一个字符 { low=Low; //此时该字符的概率区间下限刚好为零 high=Low+p[j]*range; High=high; range*=p[j]; //求出该字符的编码区间长度 } else //若该编码字符不是c数组中的第一个 { float proba_next=0.0; for(int k=0;k<=j-1;k++) proba_next+=p[k]; //再次寻找字符的概率区间下限 low=Low+range*proba_next; //编码区间下限 high=Low+range*(proba_next+p[j]);//编码区间上限 Low=low; //编码区间下限 High=high; //编码区间上限 range*=p[j]; //编码区间长度 } } else continue; //i++，编码下一个字符 } cout<<endl; cout<<"输入字符串的编码为:"<<Low<<endl; return Low; } //译码函数 void yma(string str,char c[],long double p[], int number,int size,long double input) { vector<char> v; //定义char类型向量v long double temp; //中间变量 long double sum[N]; //存储不重复字符概率区间的下限 sum[0]=0.0; //数组第一个元素为0 for (int i=1;i<number+1;i++) //计算数组各元素的值 { sum[i]=sum[i-1]+p[i-1]; } for (int j=0;j<size;j++) { for (int k=0;k<number;k++) { //确定被编码字符的下限属于【0，1】之间的哪一段 if ((inpu