（信息論編碼）信道容量迭代算法

ID:105323 · 發(fā)表于 2016-2-23 01:07

#include <stdio.h>
#include <math.h>
#include <stdlib.h>
void main()
{
register int i,j;
register int k;
int r,s; /*信道矩陣的行數(shù)和列數(shù)*/
float *p=NULL;
float *q=NULL;
float *d=NULL;
float *a=NULL;
float **p_ji=NULL; /*二維數(shù)組p_yx存放信道矩陣*/
float C,u,max,t,IU; /*C為信道容量*/
printf("the number of input information source:\nr="); /*輸入行數(shù)和列數(shù)*/
scanf("%d",&r);
printf("the number of output information source:\ns=");
scanf("%d",&s);
p=(float *)calloc(r,sizeof(float)); /*初始化需要用到的數(shù)組*/
q=(float *)calloc(r,sizeof(float));
d=(float *)calloc(r,sizeof(float));
a=(float *)calloc(r,sizeof(float));
p_ji=(float **)calloc(r,sizeof(float));
for(i=0;i<r;i++)
p_ji[i]=(float *)calloc(r,sizeof(float));
printf("Please matrix of channel:\n"); /*輸入信道矩陣*/
for(i=0;i<r;i++)
{
for(j=0;j<s;j++)
{
printf("p_ji[%d][%d]=",i,j);
scanf("%f",&p_ji[i][j]);
}
printf("\n");
}
for(i=0;i<r;i++) /*判斷輸入的信道矩陣是否符合概率分布*/
{
t=0.0;
for(j=0;j<s;j++)
t=t+p_ji[i][j];
if(t<=0.999999||t>=1.000001)
{
printf("Error!");
exit(-1);
}
}
for(i=0;i<r;i++) /*取初始概率為均勻分布*/
p[i]=1.0/r;
for(j=0;j<s;j++) /*計(jì)算輸出信源概率分布q[j]*/
{
q[j]=0;
for (i=0;i<r;i++)
q[j]=q[j]+p[i]*p_ji[i][j];
}
for(i=0;i<r;i++) /*計(jì)算a[i]*/
{
d[i]=0;
for(j=0;j<s;j++)
{
if(p_ji[i][j]==0)
d[i]=d[i]+0;
else
d[i]=d[i]+p_ji[i][j]*log(p_ji[i][j]/q[j]);
}
a[i]=exp(d[i]);
}
u=0.0;
for(i=0;i<r;i++) /*計(jì)算u*/
u=u+p[i]*a[i];
C=log(u)/log(2.0);
max=a[0];
for(i=0;i<r;i++)
{
if(a[i]>=max)
max=a[i];
}
IU=log(max)/log(2.0); /*計(jì)算IU*/
k=1;
while((IU-C)>=10e-6) /*迭代計(jì)算*/
{ /*計(jì)算最佳輸入分布p[i]*/
for(i=0;i<r;i++)
p[i]=p[i]*a[i]/u;
for(j=0;j<s;j++) /*計(jì)算輸出信源的概率分布q[j]*/
{
q[j]=0;
for (i=0;i<r;i++)
q[j]=q[j]+p[i]*p_ji[i][j];
}
for(i=0;i<r;i++) /*計(jì)算a[i]*/
{
d[i]=0;
for(j=0;j<s;j++)
{
if(p_ji[i][j]==0)
d[i]=d[i]+0;
else
d[i]=d[i]+p_ji[i][j]*log(p_ji[i][j]/q[j]);
}
a[i]=exp(d[i]);
}
u=0.0;
for(i=0;i<r;i++) /*計(jì)算u*/
u=u+p[i]*a[i];
C=log(u)/log(2.0); /*計(jì)算IL*/
max=a[0];
for(i=0;i<r;i++)
{
if(a[i]>=max)
max=a[i];
}
IU=log(max)/log(2.0); /*計(jì)算IU*/
k=k+1;
}
printf("The matrix of channel is:\n"); /*輸出信道矩陣*/
for(i=0;i<r;i++)
{
for(j=0;j<s;j++)
printf("%.3f ",p_ji[i][j]);
printf("\n");
}
printf("The iteration number is:\nk=%d\n",k); /*輸出迭代次數(shù)*/
printf("The best input probability distribution is:\n"); /*計(jì)算輸出信源的概率分布q[j]*/
for(i=0;i<s;i++)
printf("%.3f ",q[i]);
printf("\nThe capacity of the channel is:\nC=%fbit/symbol\n",C); /*輸出信道容量*/
printf("The best input probability distribution is:\n"); /*輸出最佳輸入分布*/
for(i=0;i<r;i++)
printf("%.3f ",p[i]);
}

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