信道容量的迭代算法实现

[信息论]信道容量的迭代算法的JAVA实现 (1) 已知:信源符号个数、信宿符号个数,信道转移概率矩阵 (2) 输入:任意一个信道的转移概率矩阵,信源符号个数,信宿符号个数和每个具体的转移概率在运行时输入。 (3)输出:最佳信源分布,信道容量 所用的迭代算法如下: 实验结果: (1)无噪声二院信道的信道容量计算: (2)无重叠输出的有噪二元信道的信道容量计算: (3)离散单个符号信道 阅读详情
   1: #include 
   2: #include 
   3: #include 
   4: #include 
   5: using namespace std;
   6:  
   7: #define FLOAT_MINUS_PRECISION 0.00001
   8: typedef vector<float*> VEC_PFLOAT;
   9:  
  10: //迭代计算信道容量,参数值为信源,信宿符号个数和信道转移概率矩阵,返回信道容量
  11: float GetCapacity(int nSourceSymbol,int nHostSymbol,const VEC_PFLOAT& vTransMatrix)
  12: {
  13:     //信道容量初始化为最小值
  14:     float fCapacity = FLT_MIN;
  15:     //信源概率分布
  16:     float *pfSoureProb = new float[nSourceSymbol];
  17:     //初始化信源分布为均匀分布
  18:     int i;
  19:     for (i = 0; i < nSourceSymbol; i++)
  20:     {
  21:         pfSoureProb[i] = 1.0 / nSourceSymbol;
  22:     }
  23:     //初始化φ函数
  24:     VEC_PFLOAT vPhi;
  25:     for (i = 0; i < nSourceSymbol; i++)
  26:     {
  27:         float *pfTemp = new float[nHostSymbol];        
  28:         vPhi.push_back(pfTemp);
  29:     }
  30:     //设置精度;
  31:     const float cfDelta = 0.02f;
  32:     float fPrecision;
  33:     //迭代计算
  34:     int j,k;
  35:     float *pfSum = new float[nSourceSymbol];
  36:     do 
  37:     {
  38:         for (i = 0; i < nSourceSymbol; i++)
  39:         {
  40:             for (j = 0; j < nHostSymbol; j++)
  41:             {                
  42:                 //计算ΣPi*Pji
  43:                 float fSum = 0.0f;
  44:                 for (k = 0; k < nSourceSymbol; k++)
  45:                 {
  46:                     fSum += pfSoureProb[i] * vTransMatrix[k][i];
  47:                 }
  48:                 vPhi[i][j] = pfSoureProb[i] * vTransMatrix[j][i] / fSum;
  49:             }            
  50:         }
  51:         float fSumDeno = 0.0f;    //分母求和                
  52:         for (i = 0; i < nSourceSymbol; i++)
  53:         {        
  54:             float fSum = 0.0f;
  55:             for (j = 0; j < nHostSymbol; j++)
  56:             {
  57:                 fSum += vTransMatrix[j][i] * logf(vPhi[i][j]);
  58:             }
  59:             pfSum[i] = expf(fSum);
  60:             fSumDeno += pfSum[i];
  61:         }
  62:         for (i = 0; i < nSourceSymbol; i++)
  63:         {            
  64:             pfSoureProb[i] = pfSum[i] / fSumDeno;
  65:         }
  66:         //计算新一轮的容量
  67:         float fNewC = logf(fSumDeno);
  68:         //计算精度
  69:         fPrecision = fabs(fNewC - fCapacity) / fCapacity;
  70:         fCapacity = fNewC;
  71:     } while(fPrecision - cfDelta > 0.0f);
  72:     //释放临时资源...
  73:     delete []pfSum;
  74:     for (i = 0; i < vPhi.size(); i++)
  75:     {
  76:         float* pfTemp = vPhi.at(i);
  77:         delete pfTemp;
  78:     }
  79:     vPhi.clear();
  80:     return fCapacity;
  81: }
  82: int main()
  83: {
  84:     //转移矩阵
  85:     VEC_PFLOAT vTransMatrix;
  86:     int nCol,nLine;
  87:     cout<<"请输入信源符号个数:";
  88:     cin>>nLine;
  89:     cout<<"请输入信宿符号个数:";
  90:     cin>>nCol;
  91:     cout<<"请依次输入"<<<"行信道转移概率矩阵:(以空格隔开每个概率)/n";
  92:     for (int i = 0; i < nLine; i++)
  93:     {
  94:         float *pfTemp = new float[nCol];
  95: Label1:
  96:         float fSum = 0.0f;    
  97:         cout<<"X"<<<":";
  98:         for (int j = 0; j < nCol - 1; j++)
  99:         {
 100:             cin>>pfTemp[j];
 101:             fSum += pfTemp[j];
 102:         }
 103:         if (1.0f - fSum < 0)
 104:         {
 105:             cout<<"转移概率和应该为1,请重新输入!/n";
 106:             goto Label1;
 107:         }
 108:         else
 109:         {
 110:             pfTemp[j] = 1.0f - fSum;
 111:             cout<<"信源符号X"<<<"的转移概率分别为:";
 112:             for(int k = 0; k < nCol; k++)
 113:                 cout<
 114:             cout<
 115:         }
 116:         vTransMatrix.push_back(pfTemp);
 117:     }
 118:     cout<<"信道容量为:"<
 119:     for (int k = 0; k < vTransMatrix.size(); k++)
 120:     {
 121:         float* pfTemp = vTransMatrix.at(k);
 122:         delete pfTemp;
 123:     }
 124:     vTransMatrix.clear();
 125:     return 0;
 126: }
算法描述请参照信息论相关理论知识
信道容量迭代算法:从理论公式到代码实现的完整指南 本文详细介绍了信道容量迭代算法的原理与实现,从基础概念到MATLAB和Python代码实现,帮助通信工程师和开发者掌握这一信息论重要工具。文章深入解析算法步骤,包括初始化、辅助变量计算、信源分布更新和收敛判断,并提供了实用的调试技巧和性能优化建议。 阅读详情

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