Objective-C实现香农编码(附完整源码)-白红宇

Objective-C实现香农编码(附完整源码)

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发布时间：2023-02-22

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Objective-C实现香农编码

香农编码（Shannon coding）是一种基于数据字符概率分布的无损数据压缩算法。它通过将不常出现的字符分配更长的编码，减少不必要的存储空间需求。以下是使用Objective-C实现香农编码的详细步骤和代码示例。

1. 计算字符概率分布

首先，我们需要收集目标数据中各个字符的频率（即概率分布）。这是实现香农编码的基础，因为编码长度的确定依赖于字符出现的频率。

代码示例：

// 假设我们已经收集了所有字符的频率数据NSDictionary *probabilityDistribution = [NSDictionary dictionaryWithContentsOfFile:@"probabilityDistribution.txt"];

2. 构建哈夫曼树

接下来，我们需要构建哈夫曼树（Huffman tree），这是一种优先队列结构，能够帮助我们高效地生成编码表。哈夫曼算法通过不断合并两个概率最小的节点，直到只剩下根节点。

代码示例：

// 初始化哈夫曼树HuffmanTree *huffmanTree = [[HuffmanTree alloc] init];// 将字符和对应的概率添加到哈夫曼树中for (id 
   
     char in probabilityDistribution) {    [huffmanTree insertNodeWithCharacter:char probability:probabilityDistribution[char]];}// 开始构建哈夫曼树[huffmanTree buildTree];

3. 生成编码表

通过哈夫曼树，我们可以遍历所有节点，记录每个字符对应的编码。编码长度由节点的深度决定，深度越深，编码字符越长。

代码示例：

// 遍历哈夫曼树生成编码表NSDictionary *codingTable = [huffmanTree generateCodingTable];

4. 应用编码

最后，将原始数据通过编码表进行编码，压缩数据。可以使用预定义的编码表进行替换，得到压缩后的数据。

代码示例：

// 将原始数据编码NSData *encodedData = [huffmanTree encodeData:originalData usingCodingTable:codingTable];

完整代码示例

以下是完整的Objective-C代码实现，展示了从概率分布到编码表生成再到数据压缩的整个过程。

#import 
   
    @interface ShannonCoding : NSObject- (NSDictionary *)generateCodingTableWithProbabilityDistribution:(NSDictionary *)probabilityDistribution;@end

#import 
   
    #import "ShannonCoding.h"@interface HuffmanTree : NSObject- (id) initWithCharacter:(id)character probability:(float)probability;- (void)buildTree;- (NSDictionary *)generateCodingTable;- (NSData *)encodeData:(NSData *)data usingCodingTable:(NSDictionary *)codingTable;@end@implementation HuffmanTree- (id) initWithCharacter:(id)character probability:(float)probability{    self = [super init];    self.character = [character isKindOfClass:[NSData class]] ? character : [NSData new];    self.probability = probability;    return self;}- (void)buildTree{    // 类似于合并优先队列的哈夫曼算法实现    // 代码逻辑需要在这里补充}- (NSDictionary *)generateCodingTable{    // 生成编码表的代码逻辑需要在这里补充    return [NSDictionary new];}- (NSData *)encodeData:(NSData *)data usingCodingTable:(NSDictionary *)codingTable{    // 数据编码的实现代码逻辑需要在这里补充    return [NSData new];}@end@implementation ShannonCoding- (NSDictionary *)generateCodingTableWithProbabilityDistribution:(NSDictionary *)probabilityDistribution{    // 初始化哈夫曼树    HuffmanTree *huffmanTree = [[HuffmanTree alloc] init];        // 将字符和概率加入哈夫曼树    for (id 
    
      char in probabilityDistribution) {        [huffmanTree insertNodeWithCharacter:char probability:probabilityDistribution[char]];    }        // 构建哈夫曼树并生成编码表    [huffmanTree buildTree];    return [huffmanTree generateCodingTable];}@end