ABRAKADABRA
AFB I–IIDas Wort ABRAKADABRA soll mit einem Huffman-Code übertragen werden. Konvention: Der Knoten mit der kleineren Häufigkeit hängt links, linke Kanten tragen die 0. Bei Gleichstand hängt der zusammengesetzte Knoten links, bei zwei Blättern das alphabetisch erste.
- Bestimmen Sie die Häufigkeiten der Zeichen.
- Zeichnen Sie den Huffman-Baum.
- Geben Sie die Codewörter und die Länge des codierten Wortes an.
- Begründen Sie, warum ein aus einem Baum abgelesener Code immer präfixfrei ist.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
A 5, B 2, R 2, K 1, D 1 — zusammen 11.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
D + K = 2 (D links). Kleinste jetzt: 2 (DK), 2 (B), 2 (R) → DK + B = 4 (DK links, zusammengesetzt). Dann R 2 + 4 = 6 (R links). Zuletzt A 5 + 6 = 11 (A links). Wurzel 11.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
A 0, R 10, B 111, D 1100, K 1101. Länge: \(5\cdot1+2\cdot2+2\cdot3+1\cdot4+1\cdot4=23\) Bit (fester Code mit 3 Bit: 33 Bit).
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Alle Zeichen stehen in Blättern. Ein Codewort ist Präfix eines anderen genau dann, wenn sein Knoten auf dem Weg zum anderen liegt — dann wäre er kein Blatt. Also ist kein Codewort Anfang eines anderen.
Sechs Zeichen mit Häufigkeitsanteilen
AFB II–IIIIn einer Nachrichtenquelle treten nur sechs Zeichen auf, mit den relativen Häufigkeiten
| Zeichen | E | N | I | S | R | T |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Anteil | 40 % | 20 % | 15 % | 10 % | 10 % | 5 % |
- Erstellen Sie einen Huffman-Baum und geben Sie die Codewortlängen an.
- Berechnen Sie die mittlere Codewortlänge.
- Vergleichen Sie mit einem Code fester Länge.
- Entwerfen Sie Häufigkeiten für vier Zeichen, bei denen der Huffman-Code gegenüber einem 2-Bit-Code nichts einspart, und begründen Sie.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
T 5 + S 10 = 15 (bei Gleichstand R/S frei); R 10 + 15 = 25 (oder R + I); I 15 + N 20 = 35; 25 + 35 = 60; E 40 + 60 = 100. Längen: E 1, N 3, I 3, R 3, S 4, T 4 (andere erlaubte Wahl liefert dieselbe mittlere Länge).
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
\(0{,}4\cdot1+0{,}2\cdot3+0{,}15\cdot3+0{,}1\cdot3+0{,}1\cdot4+0{,}05\cdot4=2{,}35\) Bit je Zeichen.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
6 Zeichen → 3 Bit. \(k=\tfrac{2{,}35}{3}\approx78\,\%\); Huffman spart gut 21 % (ohne Codetabelle).
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Zum Beispiel 30 %, 30 %, 20 %, 20 %: 20 + 20 = 40, 30 + 30 = 60, 40 + 60 = 100 — alle Blätter in Tiefe 2, mittlere Länge 2 Bit. Allgemein: Sind die Häufigkeiten so ausgeglichen, dass die zwei kleinsten zusammen mehr ergeben als die größte, entstehen nur Codewörter der Länge 2.
