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調查局三等申論題 112年 [電子科學組] 通信與系統

第 一 題

📖 題組:
五、給定一組字符(character)與其出現頻率如下表:(每小題 5 分,共 15 分) 字符 頻率 A 46 B 13 C 11 D 16 E 8 F 6 (一)請根據以上表格進行霍夫曼編碼(Huffman Coding)。 (二)平均每個字符需要的位元數為何? (三)有一個由這些字符組成的字串"ACDEFAAAB",請將其轉換為霍夫曼編碼。
📝 此題為申論題,共 3 小題

小題 (一)

請根據以上表格進行霍夫曼編碼(Huffman Coding)。

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看到霍夫曼編碼(Huffman Coding)題型,首先應將給定字符依發生頻率由小到大排序。接著重複「選出兩個最小頻率節點相加形成新節點」的步驟建構出霍夫曼樹(Huffman Tree),最後依循樹的分支路徑分配 0 與 1,即可得出每個字符的最佳前綴碼(Prefix Code)。

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【解題思路】利用霍夫曼編碼演算法,將字符頻率由小至大配對合併建構二元樹,並分配 0 與 1 位元以產生最佳前綴碼。 【詳解】 已知:各字符出現頻率為 A(46), B(13), C(11), D(16), E(8), F(6)。

小題 (二)

平均每個字符需要的位元數為何?

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本題測驗平均碼長(Average Code Length)的計算。考生需先將頻率轉換為機率,再利用前一小題建構的霍夫曼樹得出各字符的編碼長度,最後套用期望值公式(機率乘上碼長之總和)算出平均位元數。

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【解題關鍵】平均位元長度(Average Code Length)公式為:$L_{avg} = \sum_{i} P_i \times L_i$,其中 $P_i$ 為字符出現機率,$L_i$ 為該字符的霍夫曼編碼長度。 【解答】 Step 1:計算總頻率與各字符出現機率

小題 (三)

有一個由這些字符組成的字串"ACDEFAAAB",請將其轉換為霍夫曼編碼。

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本題測驗霍夫曼編碼(Huffman Coding)的實際應用。考生應先列出第一小題所推導出的編碼字典(Codebook),再將目標字串「ACDEFAAAB」逐一查表替換成對應的位元串,並注意編碼轉換的正確性與不中斷連接。

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【解題思路】利用第一小題建構的霍夫曼編碼字典,將目標字串逐字元對映轉換為二進位碼流。 【詳解】 已知:根據題意給定之字符頻率(A:46, B:13, C:11, D:16, E:8, F:6),構建霍夫曼樹。

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