Построение дерева фано задачи

ЕГЭ по информатике 2021 — Задание 4 (Условие Фано)

Привет! Сегодня узнаем, как решать 4 задание из ЕГЭ по информатике нового формата 2021.

Четвёртое задание из ЕГЭ по информатике раскрывает тему кодирование информации. Одним из центральных приёмов при решении задач подобного типа является построение дерева Фано. Рассмотрим на примерах этот метод.

По каналу связи передаются сообщения, содержащие только шесть букв: А, B, C, D, E, F. Для передачи используется неравномерный двоичный код, удовлетворяющий условию Фано. Для букв A, B, C используются такие кодовые слова: А — 11, B — 101, C — 0. Укажите кодовое слово наименьшей возможной длины, которое можно использовать для буквы F. Если таких слов несколько, укажите то из них, которое соответствует наименьшему возможному двоичному числу.

Примечание. Условие Фано означает, что ни одно кодовое слово не является началом другого кодового слова. Коды, удовлетворяющие условию Фано, допускают однозначное декодирование

Т.к. код букв должен удовлетворять условию Фано (т.е. однозначно декодироваться), то расположим буквы, которые уже имеют код (A, B, C), на Дереве Фано.

Дерево Фано для двоичного кодирования начинается с двух направлений, которые означают 0(ноль) и 1(единицу) (цифры двоичного кодирования).

От каждого направления можно также рисовать только два направления: 0(ноль) и 1(единицу) и т.д. Для удобства будем рисовать 1(единицу) только вправо, а 0(ноль) только влево.

Получается структура похожая на дерево!

В конце каждой ветки можно располагать букву, которую мы хотим закодировать, но если мы расположили букву, от этой ветки больше нельзя делать новых ответвлений.

Такой подход позволяет однозначно декодировать сообщение, состоящее из этих букв.

Буква C заблокировала левую ветку, поэтому будем работать с правой частью нашего дерева.

Если мы расположим какую-нибудь букву на оставшуюся ветку (100), то эта ветка заблокируется, и нам некуда будет писать остальные 2 буквы. Поэтому продолжаем ветку (100) дальше.

Теперь свободно уже две ветки, а нам нужно закодировать ещё три буквы. Поэтому должны ещё раз продолжить дерево от какой-нибудь ветки.

Но уже видно, что букве F будет правильно присвоить код 1000, т.к. нам в условии сказано, что код буквы F должен соответствовать наименьшему возможному двоичному числу. Как расположить буквы D и E в данной задаче не принципиально.

Ещё один важный тип задания 4 из ЕГЭ по информатике нового формата 2021.

По каналу связи передаются сообщения, содержащие только семь букв: А, Б, И, К, Л, С, Ц. Для передачи используется двоичный код, удовлетворяющий условию Фано. Кодовые слова для некоторых букв известны: Б — 00, К — 010, Л — 111. Какое наименьшее количество двоичных знаков потребуется для кодирования слова АБСЦИССА?

Примечание. Условие Фано означает, что ни одно кодовое слово не является началом другого кодового слова.

Коды букв должны удовлетворять условию Фано. Некоторые буквы уже имеют заданные коды (Б, К, Л). Нам нужно, чтобы слово АБСЦИССА имело как можно меньше двоичных знаков. Заметим, что буква C встречается три раза, а буква A два раза, значит, этим буквам стараемся присвоить как можно меньшую длину!

Отметим на дереве Фано уже известные буквы (Б, К, Л).

У нас осталось 4 (четыре) буквы, а свободных веток 3(три), поэтому мы должны продолжить дерево. но какую ветку продолжить ?

Если продолжить линию 1-0, то получится такая картина :

Теперь получились 4(четыре) свободные ветки равной длины (3(трём) двоичным символам). Т.к. ветки равной длины, то не важно на какую ветку какую букву расположим.

Посчитаем общую длину слова АБСЦИССА.

3 + 2 + 3 + 3 + 3 + 3 + 3 + 3 = 23.

Продлим линию 1-1-0 (можно и 0-1-1, не принципиально, т.к. эти ветки имеют одинаковую длину.), то получится:

С мы присваиваем 1-0, т.к. это буква повторяется в сообщении самое большое количество раз, значит, ей присваиваем самый маленький код, чтобы всё сообщение имело наименьшую длину.

Из этих же соображений букве А присваиваем код из трёх двоичных символов 0-1-1.

Подсчитаем общее количество символов в сообщении.

3 + 2 + 2 + 4 + 4 + 2 + 2 + 3 = 22

Длина получилась меньше, чем в первом варианте. Других вариантов нет, поэтому ответ будет 22.

Для передачи по каналу связи сообщения, состоящего только из символов А, Б, В и Г, используется неравномерный (по длине) код: А-10, Б-11, В-110, Г-0. Через канал связи передаётся сообщение: ВАГБААГВ. Закодируйте сообщение данным кодом. Полученное двоичное число переведите в восьмеричный вид.

В этой задаче ничего не сказано про условие Фано. Здесь уже все буквы закодированы, осталось написать сам код.

Задача сводится к переводу из двоичной системы в восьмеричную систему. На эту тему был урок на моём сайте.

На этом всё! Увидимся на следующих занятиях по подготовке к ЕГЭ по информатике.

ЕГЭ по информатике 2022 — Задание 6 (Метод перебора)

Стас костюшкин 15-10-2020 в 15:48:52

Этого не знаю. Это просто примерные задачи, которые наиболее часто попадаются в книжках и на сайтах по подготовке к ЕГЭ по информатике.

Калужский Александр 15-10-2020 в 15:57:40

Глеб Цыбрий 15-11-2020 в 07:30:33

ГАГИЕВ 18-11-2020 в 12:24:30

Здравствуйте, а вот такое задание ПО КАНАЛУ СВЯЗИ ПЕРЕДАЮТСЯ СООБЩЕНИЯ, СОДЕРЖАЩИЕ ТОЛЬКО 4 БУКВЫ : А, Б, В, Г; ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИСП. ДВОИЧНЫЙ КОД, ДОПУСКАЮЩИЙ ОДНОЗНАЧНОЕ ДЕКОДИРОВАНИЕ. ДЛЯ БУКВ А, Б, В ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ТАКИЕ КОДОВЫЕ СЛОВА: А:00011, Б:1001, В: 01100. УКАЖИТЕ КРАТЧАЙШЕЕ КОДОВОЕ СЛОВО ДЛЯ БУКВЫ Г, ПРИ КОТОРОМ КОД БУДЕТ ДОПУСКАТЬ ОДНОЗНАЧНОЕ ДЕКОДИРОВАНИЕ. ЕСЛИ ТАКИХ КОДОВ НЕСКОЛЬКО, УКАЖИТЕ КОД С НАИМЕНЬШИМ ЧИСЛОВЫМ ЗНАЧЕНИЕМ. В ответе указано число 10. Не могу понять почему. У меня 11.

Ольга Владимировна Сорокина 05-03-2021 в 09:09:08

Здравствуйте, а вот такое задание ПО КАНАЛУ СВЯЗИ ПЕРЕДАЮТСЯ СООБЩЕНИЯ, СОДЕРЖАЩИЕ ТОЛЬКО 4 БУКВЫ : А, Б, В, Г; ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИСП. ДВОИЧНЫЙ КОД, ДОПУСКАЮЩИЙ ОДНОЗНАЧНОЕ ДЕКОДИРОВАНИЕ. ДЛЯ БУКВ А, Б, В ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ТАКИЕ КОДОВЫЕ СЛОВА: А:00011, Б:1001, В: 01100. УКАЖИТЕ КРАТЧАЙШЕЕ КОДОВОЕ СЛОВО ДЛЯ БУКВЫ Г, ПРИ КОТОРОМ КОД БУДЕТ ДОПУСКАТЬ ОДНОЗНАЧНОЕ ДЕКОДИРОВАНИЕ. ЕСЛИ ТАКИХ КОДОВ НЕСКОЛЬКО, УКАЖИТЕ КОД С НАИМЕНЬШИМ ЧИСЛОВЫМ ЗНАЧЕНИЕМ. В ответе указано число 10. Не могу понять почему. У меня 11.

Ольга Владимировна Сорокина 05-03-2021 в 09:09:14

Ольга Владимировна Сорокина, как я понимаю, суть задания в том, что здесь действует либо прямое, либо обратное условие Фано. (Примечание. Условие Фано означает, что соблюдается одно из двух условий. Либо никакое кодовое слово не является началом другого кодового слова, либо никакое кодовое слово не является окончанием другого кодового слова. Это обеспечивает возможность однозначной расшифровки закодированных сообщений.) Поэтому 10 является ответом, так как ни один код для букв не оканчивается на 10 (срабатывает обратное условие Фано)

Виталий 12-03-2021 в 18:00:35

Байэл 26-04-2021 в 18:50:57

Источник

4 задание егэ информатика про кодирование и расшифровку сообщений

4-е задание: «Кодирование и декодирование информации»
Уровень сложности — базовый,
Требуется использование специализированного программного обеспечения — нет,
Максимальный балл — 1,
Примерное время выполнения — 2 минуты.

Проверяемые элементы содержания: Умение кодировать и декодировать информацию

«Из-за невнимательного чтения условия задания экзаменуемые иногда не замечают, что требуется найти кодовое слово минимальной длины с максимальным (минимальным) числовым значением.

Кроме того, если в задании указано, что несколько букв остались без кодовых слов (как, например, в задании демоварианта), то кодовое слово для указанной буквы должно быть подобрано таким образом, чтобы осталась возможность найти кодовые слова, удовлетворяющие условию Фано, и для других букв. Так, например, если мы букву А закодируем нулём, а букву Б единицей, то букву В мы уже никак не сможем закодировать с соблюдением условия Фано, поэтому длину кодового слова для А или Б следует увеличить»

• Кодирование — это представление информации в форме, удобной для её хранения, передачи и обработки. Правило преобразования информации к такому представлению называется кодом.
• Кодирование бывает равномерным и неравномерным:
• при равномерном кодировании всем символам соответствуют коды одинаковой длины;
• при неравномерном кодировании разным символам соответствуют коды разной длины, это затрудняет декодирование.

Пример: Зашифруем буквы А, Б, В, Г при помощи двоичного кодирования равномерным кодом и посчитаем количество возможных сообщений:

Таким образом, мы получили равномерный код, т.к. длина каждого кодового слова одинакова для всех кодов (2).

Кодирование и расшифровка сообщений

Для решения задач с декодированием, необходимо знать условие Фано:

Условие Фано: ни одно кодовое слово не должно являться началом другого кодового слова (что обеспечивает однозначное декодирование сообщений с начала)

Префиксный код — это код, в котором ни одно кодовое слово не совпадает с началом другого кодового слова. Сообщения при использовании такого кода декодируются однозначно.

• если сообщение декодируется с конца, то его можно однозначно декодировать, если выполняется обратное условие Фано:

Обратное условие Фано: никакое кодовое слово не является окончанием другого кодового слова

Постфиксный код — это код, в котором ни одно кодовое слово не совпадает с концом другого кодового слова. Сообщения при использовании такого кода декодируются однозначно и только с конца.

Однозначное декодирование обеспечивается:

Источник