Читать книгу КНИГА-ТРЕНАЖЕР: «Базовая подготовка к ЕГЭ по информатике в компьютерной форме». Авторский курс - Евгений Леонидович Сидоркин - Страница 6

Кодирование информации – процесс преобразования сигнала из формы, удобной для непосредственного использования информации, в форму, удобную для передачи, хранения или автоматической переработки. Декодирование (операция, обратная кодированию) – перевод кодов в набор символов первичного алфавита. Кодирование может быть равномерное и неравномерное. При равномерном кодировании каждый символ исходного алфавита заменяется кодом одинаковой длины. На примере внизу мы видим, что все буквы имеют одинаковую длину – 2 бита, например, А=00, поэтому код равномерный.

При неравномерном кодировании разные символы исходного алфавита могут заменяться кодами разной длины.

Сообщение однозначно декодируемо с начала, если выполняется условие Фано: никакое кодовое слово не является началом другого кодового слова. Сообщение однозначно декодируемо с конца, если выполняется обратное условие Фано: никакое кодовое слово не является окончанием другого кодового слова.

Пример 4.1

Для передачи сообщений, содержащих только буквы К, Л, М, Н, О, П, Р, решили использовать неравномерный двоичный код, в котором никакое кодовое слово не является началом другого кодового слова. Это условие обеспечивает возможность однозначной расшифровки закодированных сообщений. Известны кодовые слова, использованные для некоторых букв: К – 11, Л – 000, П – 0010, Р – 1011. Какое кодовое слово надо назначить для буквы М, чтобы код удовлетворял указанному условию и при этом длина слова МОЛОКО после кодирования была наименьшей? Если таких кодов несколько, укажите код с наименьшим числовым значением.

Решение:

Изобразим буквы К, Л, П, Р на дереве (рекомендую на экзамене прямо так и рисовать мышкой, как у меня выше нарисовано). По условию задачи необходимо, чтобы слово не являлось началом другого кодового слово, т.к. необходимо, чтобы выполнялось прямое условие Фано. Необходимо поставить в дерево две буквы: О и М, чтобы условие Фано выполнялось. Как это сделать? Т.к. буква О в слове «молоко» встречается 3 раза, то мы поставим эту букву на меньшую глубину дерева (01), чтобы получить наименьший код. Букву М, которая встречается всего 1 раз, поставим на большую глубину дерева (100). Итого имеем следующие длины: М=100=3, О=01=2*3 (т.к. 3 раза встречается, поэтому умножаем на 3) =6, Л=000=3, К=11=2. Длина кода равна=3+6+3+2=14.

Ответ: 14.

Рассмотрим задачу на обратное условие Фано.

Пример 4.2

По каналу связи передаются сообщения, содержащие только четыре буквы: А, Б, В, Г. Для передачи используется двоичный код, допускающий однозначное декодирование. Для букв А, Б используются такие кодовые слова: А: 00011, Б: 1001, В: 01100. Укажите кратчайшее кодовое слово для буквы Г, при котором код будет допускать однозначное декодирование. Если таких кодов несколько, укажите код с наибольшим числовым значением.

Решение:

Для выполнения прямого условия Фано букву Г мы можем поставить на свободную ветку дерева, то Г=11 (кратчайший путь), т.к. этот путь не будет являться ничьим началом кодового слова. При обратном условии Фано букву Г=10 можем поставить (кратчайший путь), т.к. 10 не является окончанием ни одного из приведенных кодовых слов в условии. Г=00 взять не можем, т.к. 00 является окончанием В, и тогда не выполняется обратное условие Фано. Из двух чисел 11 и 10 наибольшее – 11.

Ответ: 11.

Пример 4.3

Для передачи данных по каналу связи используется 5битовый код. Сообщение содержит только буквы А, Б и В, которые кодируются следующими кодовыми словами: А – 11010, Б – 10111, В – 01101. При передаче возможны помехи. Однако некоторые ошибки можно попытаться исправить. Любые два из этих трёх кодовых слов отличаются друг от друга не менее чем в трёх позициях. Поэтому если при передаче слова произошла ошибка не более чем в одной позиции, то можно сделать обоснованное предположение о том, какая буква передавалась. (Говорят, что «код исправляет одну ошибку». ) Например, если получено кодовое слово 10110, считается, что передавалась буква Б. (Отличие от кодового слова для Б только в одной позиции, для остальных кодовых слов отличий больше.) Если принятое кодовое слово отличается от кодовых слов для букв А, Б, В более чем в одной позиции, то считается, что произошла ошибка (она обозначается «х»). Получено сообщение 11000 11101 10001 11111. Декодируйте это сообщение – выберите правильный вариант.

1) АххБ 3) хххх

2) АВхБ 4) АВББ

Решение:

Декодируем каждое слово сообщения. Первое слово: 11000 отличается от буквы А только одной позицией, поэтому на первом месте будет А. Второе слово: 11101 отличается от буквы В только одной позицией, поэтому на второй позиции будет В. Третье слово: 10001 отличается от любой буквы более чем одной позицией, поэтому третья позиция – x. Четвёртое слово: 11111 отличается от буквы Б только одной позицией, поэтому четвертая позиция – Б. Таким образом, ответ: АВхБ.

Ответ: 2.

Задачи для самостоятельного решения

Задача 4.4

По каналу связи передаются сообщения, содержащие только четыре буквы: М, А, Р, Т. Для передачи используется двоичный код, удовлетворяющий условию Фано. Кодовые слова для некоторых букв известны: М – 101, Р – 100, Т – 01. Укажите кодовое слово минимальной длины, которое можно использовать для буквы А. Если таких кодовых слов несколько, приведите кодовое слово с минимальным числовым значением.

Примечание. Условие Фано означает, что соблюдается одно из двух условий: либо никакое кодовое слово не является началом другого кодового слова, либо никакое кодовое слово не является окончанием другого кодового слова. Это обеспечивает возможность однозначной расшифровки закодированных сообщений.

Задача 4.5

По каналу связи передаются сообщения, содержащие только шесть букв: Я, Н, В, А, Р, Ь. Для передачи используется двоичный код, удовлетворяющий условию Фано. Кодовые слова для некоторых букв известны: Н – 00, В – 01, Р – 10, Ь – 111. Укажите минимально возможную длину закодированной последовательности для слова ВАРВАР.