算术编码的C++实现.docx

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 ((input>sum[k])&&(input<sum[k+1])) //发现在哪就将属于该段的字符压入向量v
{
v.push_back(str[j]);
temp=(input-sum[k])/(sum[k+1]-sum[k]);//计算下一个被编码字符的下限
input=temp;
break;
}
else
continue;
}
}
cout<<endl;
cout<<"译码输出为："; //将译码结果输出
for (int m=0;m<v.size();m++)
{
cout<<v[m];
}
cout<<endl;
}
内容总结

（1）算术编码的C++实现
#include <iostream>
#include <string>
#include <cstring>
#include <vector>
using namespace std
（2）}
}
return number
（3）i++)
if(ch1==arch[i].ch) return i
（4）}
}
cout<<endl