/// <summary>
/// Получает энтропии исходного и закодированного сообщений и вычисляет для них коэффициент избыточности.
/// </summary>
/// <exception cref="ArgumentNullException">Исключение, которое выдается когда <paramref name="value"/> равен null.</exception>
/// <param name="value">Значение арифметического кодирования.</param>
/// <returns>Коэффициент избыточности.</returns>
public static double GetRedundantRatio(ArithmeticValue value)
{
var sourceEntropy = GetEntropy(value.OccurrenceFrequencies);
var encodedEntropy = GetEntropy(value);
return(GetRedundantRatio(sourceEntropy, encodedEntropy));
}
/// <summary>
/// Получает энтропию закодированного сообщения как двоичного источника.
/// </summary>
/// <exception cref="ArgumentNullException">Исключение, которое выдается при <paramref name="value"/> равным null.</exception>
/// <param name="value">Арифметическое значение.</param>
/// <returns>Энтропию закодированного сообщения как двоичного источника.</returns>
public static double GetEntropy(ArithmeticValue value)
{
if (value == null)
{
throw new ArgumentNullException(nameof(value));
}
var bits = value.ToBits();
var countZeros = 0;
var countOne = 0;
foreach (var bit in bits)
{
if (bit)
{
countOne++;
}
else
{
countZeros++;
}
}
var probZeros = countZeros / (double)(countZeros + countOne);
var probOne = 1 - probZeros;
return(probZeros * Math.Log(probZeros, 2) * -1 + probOne * Math.Log(probOne, 2) * -1);
}
/// <summary>
/// Получает коэффициент сжатия.
/// </summary>
/// <exception cref="ArgumentNullException">Исключение, которое выдается если <paramref name="value"/> равен null.</exception>
/// <exception cref="ArgumentOutOfRangeException">Исключение, которое выдается когда <paramref name="bitsForOneSymbol"/> меньше 1.</exception>
/// <param name="value">Значение арифметического кодирования.</param>
/// <param name="bitsForOneSymbol">Бит, приходящихся на один символ в исходном сообщении.</param>
/// <returns>Коэффициент сжатия.</returns>
public static double GetCompressionRatio(ArithmeticValue value, int bitsForOneSymbol = 8)
{
if (value == null)
{
throw new ArgumentNullException(nameof(value));
}
if (bitsForOneSymbol < 1)
{
throw new ArgumentOutOfRangeException(nameof(bitsForOneSymbol));
}
var totalSymbols = value.OccurrenceFrequencies.Values.Sum();
return(totalSymbols * bitsForOneSymbol / (double)value.ToBits().Length);
}
/// <summary>
/// Создает новый файл по указанному пути и записывает туда словарь частот встречаемости символов и арифметический код.
/// </summary>
/// <exception cref="ArgumentNullException">Исключение, которое выдается если указанный код равен null.</exception>
/// <exception cref="IOException">Исключение, которое выдается в случае невозможности записи в файл.</exception>
/// <param name="path">Путь сохранения.</param>
/// <param name="value">Арифметическое значение.</param>
public static void Write(string path, ArithmeticValue value)
{
if (value == null)
{
throw new ArgumentNullException(nameof(value));
}
using (var bw = new BinaryWriter(File.OpenWrite(path)))
{
bw.Write(value.OccurrenceFrequencies.Count);
foreach (var keyValuePair in value.OccurrenceFrequencies)
{
bw.Write(keyValuePair.Key);
bw.Write(keyValuePair.Value);
}
bw.Write(value.ToBytes());
}
}
