Информатика ЕГЭ 4 задание разбор, кодирование и декодирование информации

• Переведем числа в двоичные коды и поставим их в соответствие нашим буквам:

О -> 0 -> 00
В -> 1 -> 01
Д -> 2 -> 10
П -> 3 -> 11
А -> 4 -> 100

• Теперь закодируем последовательность букв из слова ВОДОПАД:

010010001110010

• Разобьем результат на группы из трех символов справа налево, чтобы перевести их в восьмеричную систему счисления:

010 010 001 110 010
 ↓   ↓   ↓   ↓   ↓
 2   2   1   6   2

• Во-первых, проверяем условие Фано: никакое кодовое слово не является началом другого кодового слова. Условие верно.

 
✎ 1 вариант решения:

• Код разбиваем слева направо согласно данным, представленным в таблице. Затем переведём его в буквы:

110 000 01 001 10
 ↓   ↓   ↓  ↓  ↓
 b   a  c   d  e 

Результат: b a c d e.

✎ 2 вариант решения:

Этот вариант решения 4 задания ЕГЭ более сложен, но тоже верен.
• Сделаем дерево, согласно кодам в таблице:



• Сопоставим закодированное сообщение с кодами в дереве:

110 000 01 001 10

• Рассмотрим пример из условия задачи:

Было 2310
Стало 00101001102

• Где сами цифры исходного числа (выделим их красным цветом):

 0010100110  (0010 - 2, 0011 - 3)

• Первая добавленная цифра 1 после двоичной двойки — это проверка четности (1 единица в 0010 — значит нечетное), 0 после двоичной тройки — это также проверка нечетности (2 единицы в 0011, значит — четное).
• Исходя из разбора примера решаем нашу задачу так: поскольку «нужные» нам цифры образуются из групп по 4 числа в каждой плюс одно число на проверку четности, то разобьем закодированное сообщение на группы по 5, и отбросим из каждой группы последний символ:
• разбиваем по 5:

01100 01010 01001 00110

• отбрасываем из каждой группы последний символ:

0110 0101 0100 0011

• Результат переводим в десятичную систему:

0110 0101 0100 0011
 ↓    ↓     ↓    ↓
 6    5     4    3

• Найдём самые короткие возможные кодовые слова для всех букв.
• Кодовые слова 01 и 00 использовать нельзя, так как тогда нарушается условие Фано (начинаются с 0, а 0 — это Н).
• Начнем с двухразрядных кодовых слов. Возьмем для буквы Л кодовое слово 11. Тогда для четвёртой буквы нельзя подобрать кодовое слово, не нарушая условие Фано (если потом взять 110 или 111, то они начинаются с 11).
• Значит, надо использовать трёхзначные кодовые слова. Закодируем буквы Л и М кодовыми словами 110 и 111. Условие Фано соблюдается.
• Суммарная длина всех четырёх кодовых слов равна:

(Н)1 + (К)2 + (Л)3 + (М)3 = 9

✎ 2 вариант решения:

• Будем использовать дерево. Влево откладываем 0, вправо — 1:



• Теперь выпишем соответствие каждой буквы ее кодового слова согласно дереву:

(Н) -> 0   -> 1 символ
(К) -> 10  -> 2 символа
(Л) -> 110 -> 3 символа
(М) -> 111 -> 3 символа

• Суммарная длина всех четырёх кодовых слов равна:

(Н)1 + (К)2 + (Л)3 + (М)3 = 9

• Наименьшие коды могли бы выглядеть, как 0 и 1 (одноразрядные). Но это не удовлетворяло бы условию Фано (А начинается с единицы — 101010, Б начинается с нуля — 011011).
• Следующим наименьшим кодом было бы двухбуквенное слово 00. Так как оно не является префиксом ни одного из представленных кодовых слов, то Г = 00.

• Так как необходимо найти кодовое слово наименьшей длины, воспользуемся деревом. Влево будем откладывать нули, а вправо — единицы:



• Поскольку у нас все ветви завершены листьями, т.е. буквами, кроме одной ветви, то остается единственный вариант, куда можно поставить букву Д:



• Перепишем сверху вниз получившееся кодовое слово для Д: 101

• Для решения будем использовать дерево. Ветви, соответствующие нулю, будем откладывать влево, единице — вправо.



• При рассмотрении дерева видим, что все ветви «закрыты» листьями, кроме одной ветви — 1100:

• Для решения будем использовать дерево. Ветви, соответствующие нулю, будем откладывать влево, единице — вправо.
• Поскольку в задании явно не указано о том, что код должен удовлетворять условию Фано, то дерево нужно построить как с начала (по условию Фано), так и с конца (обратное условие Фано).

Дерево по условию Фано (однозначно декодируется с начала):


• Получившееся числовое значение кодового слова для буквы Г — 01.

Дерево по обратному условию Фано (однозначно декодируется с конца):


• Получившееся числовое значение кодового слова для буквы Г — 00.
• После сравнения двух кодовых слов (01 и 00), код с наименьшим числовым значением — это 00.

Результат: 00

• С помощью дерева отобразим известные коды для букв:



• В результирующем слове — ДЕДМАКАР — вде буквы А. Значит, для получения наименьшей длины необходимо для буквы А выбрать наименьший код в дереве. Учтем это и достроим дерево для остальных трех букв А, М и Р:



• Расположим буквы в порядке их следования в слове и подставим их кодовые слова:

Д   Е   Д   М   А   К   А   Р
10 000 10  001 01  111 01  110

• Посчитаем количество цифр в итоговом коде и получим 20.

Результат: 20