准对称DMC信道容量的C++实现,程序说明书

准对称DMC信道容量的C++实现

程序说明书

山东**大学***科学与技术学院

**工程0704

一、程序功能概述

本程序使用C++程序语言编写，实现已知准对称DMC 信道的转移矩阵求信道容量。

已知：?

??

??

??

??

???=)|()|()

|()|()|()|()|()|()|(][21222211121121|2

1

n m n n m m n X Y m

a b p a b p a b p a b p a b p a b p a b p a b p a b p a a a P b b b

求：

准对称DMC 的信道容量

??

?

????--=∑=p p p s H r M r M k k k k '

s '

2'1n

1

)log()(C ，，， bit/符号

二、程序结构概述

本程序共分三部分：主函数、类外函数、类。 各部分功能：

主函数：负责程序的启动，接收用户数据，创建对象，函数调用。 类外函数：负责程序的初始化，接收用户输入的数据。 类：完成数据计算，输出计算结果。 三、程序功能分析 1.主函数

创建一个二维数组y[][]，用来存放转移矩阵。

采用数组的传址方式调用函数：input （），以实现对数组的初始化。

创建dmc类对象，并以转移矩阵的元素个数和数组地址作为实参。

依次调用dmc类的各成员函数，完成数值计算。均不返回计算结果，由成员函数直接输出到屏幕。

2.类外函数

用于接收用户输入的input函数：用for循环完成对主函数y[][]数组的赋值，因为采用传址方式，可以直接完成对主函数数组的修改，无须返回值。

用于初始化屏幕的Start函数。

3.类：

dmc类内的成员函数有：构造函数dmc(),析构函数~dmc(),对矩阵进行列排序的函数paixu();条件熵计算函数H();子阵列计算分块、计算函数HDMC()。

(1)dmc():用主函数传递的参数对类的数据成员进行初始化，用数组atob[ ][ ]代表集合P(Y|X)。提取矩阵的第一行用Y[]存放。

for (int r1 = 0; r1 < r; r1++) {

for (int n1 = 0; n1 < n; n1++)

atob[r1][n1] = y[r1][n1];

}

for (int n11 = 0; n11 < n; n11++) {

Y[n11] = atob[0][n11];

}

(2)paixu():对二维矩阵进行列降序排序。排序后的矩阵存放在新的

数组a_b[][]中。

for (int n5 = 0; n5 < n; n5++) {

for (int r5 = 0; r5 < r - 1; r5++) {

for (int r6 = r5 + 1; r6 < r; r6++) {

if (a_b[r6][n5] >= a_b[r5][n5]) {

xx = a_b[r5][n5];

a_b[r5][n5] = a_b[r6][n5];

a_b[r6][n5] = xx;

}

}

}

}

(3)H():实现公式

p

p

p

p

p'

s

1

'

'

s

'

2

'

1

log

)

,

,

,

(

i

i

i

H∑

=

-

=

?

?

的计算。

void dmc::H() {

for (int n2 = 0; n2 < n; n2++)

if(Y[n2]!=0)

{ h = h + Y[n2] * log(Y[n2]) / log(2); }

cout << "条件熵H=" << -h << endl;

}

(4)HDMC():实现公式

)

log(

)

(

n

1

r

M

r

M k

k

k

k

s

∑

=

-

的计算。

算法：为二维矩阵每一列设置标号和计数器one[y2] = 0;M[y2] = 0。用某一列元素对比矩阵

其他列元素，对比前将这一列标号设为1，计数器设为1，当其他列与该列完全相同时计数器增一，并将相同的该列标号置1。进行下一列元素的对比，对比前先检测该列标号是否为0，若不为0，则认为该列与之前扫描过的列相同，已经计入列计数器，不再进行对比。计数器存放的数值即为公式中的Sk。

for (int y1 = 0; y1 < n; y1++) {

if (one[y1] == 0) {

one[y1] = 1;

M[y1] = 1;

for (int n3 = y1 + 1; n3 < n; n3++) {

for (int r3 = 0; r3 < r; r3++) {

if (a_b[r3][y1] != a_b[r3][n3]) {

break;

} else if (r3 == r - 1) {

one[n3] = 1;

M[y1]++;

}

}

}

}

}

计算Mk：

for (int n5 = 0; n5 < n; n5++) {

sum[n5] = 0;

for (int r5 = 0; r5 < r; r5++) {

sum[n5] = atob[r5][n5] + sum[n5]; } }

计算：

n

1

k s

∑=-

for (int n4 = 0; n4 < n; n4++) { if (M[n4] != 0) {

yy[n4] = M[n4] * sum[n4] / r * (log(sum[n4] / r) / log(2)); logs = logs + yy[n4]; } }

四、结语

本程序用C++程序语言实现了准对称DMC 的信道容量的计算。

可以满足替代人工计算的要求，提高了工作效率和计算精度。采用类封装和模块化设计可以实现程序功能的扩展和代码的重用。

** 于2010年5月1日 起草