Визначення кількості інформації та ентропійних характеристик об’єктів комп’ютерних мереж

Міністерство освіти і науки України

Національний університет «Львівська політехніка»

Інститут комп’ютерних наук та інформаційних технологій

Кафедра автоматизованих систем управління

[pic 1]

Звіт

до лабораторної роботи № 1

з дисципліни “Теорія інформації”

на тему:

«Визначення кількості інформації та ентропійних характеристик об’єктів комп’ютерних мереж»

Виконав:              студент КН-205

                                                                                                       Шебунчак Андріан  

                                                                         Прийняла:        викладач кафедри АСУ

Павлюк О. М.

Львів - 2022

Лабораторна робота №1

Тема роботи:  «Визначення кількості інформації та ентропійних характеристик об’єктів комп’ютерних мереж»

Мета роботи:  набути навики визначення кількості інформації у

повідомленнях та визначати ентропії джерела інформації, приймача, каналу

зв’язку, системи взаємозв’язаних об’єктів.

Індивідуальне [pic 2]

завдання номер 92

Хід роботи

2. Виконати обчислення середньої ймовірності появи окремих літер українського (у) алфавіту шляхом аналізу різноманітних текстів.

3-4. На основі досліджень в попередньому пункті створити таблицю розподілу ймовірностей літер в повідомленнях відповідною мовою.

За створеною таблицею визначити :

1. Кількість інформації у кожній літері.

2. Кількість інформації у Вашому прізвищі та імені записаного мовою відповідно до індивідуального варіанту.

3. Ентропію H(X).

Для цього написати відповідний програмний код.

Результат підрахунків для тексту заданою мовою.

Код програми

package com.company;

import java.io.*;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;

public class Main {
   private static List<Integer> charCount = new ArrayList<>();
   private static List<Double> charAverageAppear = new ArrayList<>();
   private static List<Double> amountInformation = new ArrayList<>();
   private static List<Double> charEntropy = new ArrayList<>();
   private static StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder("");
   private static double fullProbability;
   private static double averageProbability;
   private static double fullAmountInform;
   private static double fullEntropy;
   private static int totalCount = 0;
   private static Integer temp;
   private static boolean sameletter;

   public static void main(String[] args) {
       setCharCount();
       BufferedReader reader = null;
       try {
           reader = new BufferedReader(new FileReader(new File("lab1(2).txt")));

           int c;
           while ((c = reader.read()) != -1) {
               if((c>=1040 && c <= 1096)||(c>=1100 && c <= 1103)||
                       (c==1169)||(c==1110)||(c==1111)||(c==1108)||
                       (c==1168)||(c==1028)||(c==1030)||(c==1031))
               {
                   if (stringBuilder.isEmpty())
                   {
                       stringBuilder.append((char)c);
                       temp = charCount.get(0);
                       temp += 1;
                       charCount.set(0, temp);
                       totalCount++;
                   } else {
                       for (int i = 0; i < stringBuilder.length(); i++) {
                           if ((char)c == stringBuilder.charAt(i))
                           {
                               temp = charCount.get(i);
                               temp += 1;
                               charCount.set(i, temp);
                               totalCount++;
                               sameletter = true;
                               break;
                           }
                           sameletter = false;
                       }
                       if (!sameletter) {
                           stringBuilder.append((char)c);
                           temp = charCount.get(stringBuilder.length() - 1);
                           temp += 1;
                           charCount.set(stringBuilder.length() - 1, temp);
                           totalCount++;
                       }
                   }
               }
           }

           reader.close();
       } catch (IOException e) {
           e.printStackTrace();
       } finally {
           if (reader != null) {
               try {
                   reader.close();
               } catch (IOException e) {
                   e.printStackTrace();
               }
           }
       }
       CountAvarageAppear();
       fullProbability = CountFullProbability();
       averageProbability = (double)1/stringBuilder.length();
       CountAmountInformation();
       fullAmountInform = CountFullAmountInform();
       CountCharEntropy();
       fullEntropy = CountFullEntropy();
       ToString();
   }

   public static void setCharCount() {
       for (int i = 0; i < 66; i++) {
           charCount.add(i, 0);
       }
   }

   public static void CountAvarageAppear() {
       for (int i = 0; i < 66; i++) {
           charAverageAppear.add(i, (double)charCount.get(i)/totalCount);
       }
   }

   public static double CountFullProbability() {
       double temp = 0;
       for (int i = 0; i < 66; i++) {
           temp += charAverageAppear.get(i);
       }
       return temp;
   }

   public static double log2(double N)
   {
       return (double)(Math.log(N) / Math.log(2));
   }

   public static void CountAmountInformation() {
       for (int i = 0; i < 66; i++) {
           amountInformation.add(i, -log2(charAverageAppear.get(i)));
       }
   }

   public static double CountFullAmountInform() {
       double temporary = 0;
       int i = 0;
       while(charCount.get(i) != 0) {
           temporary += (amountInformation.get(i) * charCount.get(i));
           i++;
       }
       return temporary;
   }

   public static void CountCharEntropy() {
       for (int i = 0; i < 66; i++) {
           charEntropy.add(i, -charAverageAppear.get(i)*log2(charAverageAppear.get(i)));
       }
   }

   public static double CountFullEntropy() {
       double temporary = 0;
       int i = 0;
       while(charAverageAppear.get(i) != 0) {
           temporary += charEntropy.get(i);
           i++;
       }
       return temporary;
   }

   public static void ToString() {
       System.out.println("Буква\t\tN\t\t\tp(x)\t\t\t\t\t\tI\t\t\t\t\t\t\tH(x)");
       for (int i = 0; i < stringBuilder.length(); i++) {
           System.out.printf("%-4c\t\t%-6d\t\t%-20.18f\t\t%-20.17f\t\t%-20.18f\n", stringBuilder.charAt(i), charCount.get(i), charAverageAppear.get(i), amountInformation.get(i), charEntropy.get(i));
       }
       System.out.println();
       System.out.printf("Повна ймовірність: %.16f\n",fullProbability);
       System.out.printf("Середня ймовірність: %.16f\n",averageProbability);
       System.out.printf("Загальна кіклькість інформації: %.12f\n",fullAmountInform);
       System.out.printf("Загальна ентропія: %.16f\n",fullEntropy);
   }
}