aitech-moj-2023/cw/03_Entropia.ipynb

{
 "cells": [
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "![Logo 1](https://git.wmi.amu.edu.pl/AITech/Szablon/raw/branch/master/Logotyp_AITech1.jpg)\n",
    "<div class=\"alert alert-block alert-info\">\n",
    "<h1> Ekstrakcja informacji </h1>\n",
    "<h2> 3. <i>Entropia</i>  [ćwiczenia]</h2> \n",
    "<h3> Jakub Pokrywka (2022)</h3>\n",
    "</div>\n",
    "\n",
    "![Logo 2](https://git.wmi.amu.edu.pl/AITech/Szablon/raw/branch/master/Logotyp_AITech2.jpg)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 1,
   "metadata": {
    "scrolled": true
   },
   "outputs": [
    {
     "name": "stdout",
     "output_type": "stream",
     "text": [
      "Requirement already satisfied: dahuffman in /home/kuba/anaconda3/lib/python3.8/site-packages (0.4.1)\r\n"
     ]
    }
   ],
   "source": [
    "!pip install dahuffman"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 2,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "import random\n",
    "from collections import Counter\n",
    "from dahuffman import HuffmanCodec"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 3,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "NR_INDEKSU = 375985"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## Wprowadzenie"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 4,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "tekst = 'Ala ma kota. Jarek ma psa'"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 5,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "codec = HuffmanCodec.from_data(tekst)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 6,
   "metadata": {},
   "outputs": [
    {
     "data": {
      "text/plain": [
       "Counter({'A': 1,\n",
       "         'l': 1,\n",
       "         'a': 6,\n",
       "         ' ': 5,\n",
       "         'm': 2,\n",
       "         'k': 2,\n",
       "         'o': 1,\n",
       "         't': 1,\n",
       "         '.': 1,\n",
       "         'J': 1,\n",
       "         'r': 1,\n",
       "         'e': 1,\n",
       "         'p': 1,\n",
       "         's': 1})"
      ]
     },
     "execution_count": 6,
     "metadata": {},
     "output_type": "execute_result"
    }
   ],
   "source": [
    "Counter(tekst)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 7,
   "metadata": {
    "scrolled": true
   },
   "outputs": [
    {
     "name": "stdout",
     "output_type": "stream",
     "text": [
      "Bits Code  Value Symbol\n",
      "   2 00        0 ' '\n",
      "   2 01        1 'a'\n",
      "   4 1000      8 't'\n",
      "   5 10010    18 _EOF\n",
      "   5 10011    19 '.'\n",
      "   5 10100    20 'A'\n",
      "   5 10101    21 'J'\n",
      "   5 10110    22 'e'\n",
      "   5 10111    23 'l'\n",
      "   4 1100     12 'k'\n",
      "   4 1101     13 'm'\n",
      "   5 11100    28 'o'\n",
      "   5 11101    29 'p'\n",
      "   5 11110    30 'r'\n",
      "   5 11111    31 's'\n"
     ]
    }
   ],
   "source": [
    "codec.print_code_table()"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 8,
   "metadata": {},
   "outputs": [
    {
     "data": {
      "text/plain": [
       "{' ': (2, 0),\n",
       " 'a': (2, 1),\n",
       " 't': (4, 8),\n",
       " _EOF: (5, 18),\n",
       " '.': (5, 19),\n",
       " 'A': (5, 20),\n",
       " 'J': (5, 21),\n",
       " 'e': (5, 22),\n",
       " 'l': (5, 23),\n",
       " 'k': (4, 12),\n",
       " 'm': (4, 13),\n",
       " 'o': (5, 28),\n",
       " 'p': (5, 29),\n",
       " 'r': (5, 30),\n",
       " 's': (5, 31)}"
      ]
     },
     "execution_count": 8,
     "metadata": {},
     "output_type": "execute_result"
    }
   ],
   "source": [
    "codec.get_code_table()"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 9,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "encoded = codec.encode(tekst)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 10,
   "metadata": {},
   "outputs": [
    {
     "data": {
      "text/plain": [
       "'1010010111010011010100110011100100001100110010101011111010110110000110101001110111111011'"
      ]
     },
     "execution_count": 10,
     "metadata": {},
     "output_type": "execute_result"
    }
   ],
   "source": [
    "\"{:08b}\".format(int(encoded.hex(),16))"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "A l a"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "101001 10111 01"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 11,
   "metadata": {},
   "outputs": [
    {
     "data": {
      "text/plain": [
       "'Ala ma kota. Jarek ma psa'"
      ]
     },
     "execution_count": 11,
     "metadata": {},
     "output_type": "execute_result"
    }
   ],
   "source": [
    "codec.decode(encoded)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 12,
   "metadata": {},
   "outputs": [
    {
     "data": {
      "text/plain": [
       "25"
      ]
     },
     "execution_count": 12,
     "metadata": {},
     "output_type": "execute_result"
    }
   ],
   "source": [
    "len(tekst)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 13,
   "metadata": {},
   "outputs": [
    {
     "data": {
      "text/plain": [
       "11"
      ]
     },
     "execution_count": 13,
     "metadata": {},
     "output_type": "execute_result"
    }
   ],
   "source": [
    "len(encoded)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## Zadanie 1 ( 15 punktów)\n",
    "\n",
    "Weź teksty:\n",
    "- z poprzednich zajęć (lub dowolny inny) w języku naturalnym i obetnij do długości 100_000 znaków\n",
    "- wygenerowany losowo zgodnie z rozkładem jednostajnym dyskretnym z klasy [a-zA-Z0-9 ] o długości 100_000 znaków\n",
    "- wygenerowany losowo zgodnie z rozkładem  geometrycznym (wybierz p między 0.2 a 0.8) z klasy [a-zA-Z0-9 ] o długości 100_000 znaków\n",
    "- wygenerowany losowo zgodnie z rozkładem jednostajnym dwupunktowym p=0.5 z klasy [01] o długości 100_000 znaków\n",
    "- wygenerowany losowo zgodnie z rozkładem jednostajnym dwupunktowym p=0.9 z klasy [01] o długości 100_000 znaków\n",
    "\n",
    "Następnie dla każdego z tekstów trakując je po znakach:\n",
    "- skompresuj plik za pomocą dowolnego progrmu (zip, tar lub inny)\n",
    "- policz entropię\n",
    "- wytrenuj kodek huffmana i zakoduj cały tekst\n",
    "- zdekoduj pierwsze 3 znaki (jako zera i jedynki) wypisz je (z oddzieleniem na znaki)\n",
    "- zakodowany tekst zapisz do pliku binarnego, zapisz również tablicę kodową\n",
    "- porównaj wielkość pliku tekstowego, skompresowanego pliku tekstowego (zip, ...) oraz pliku skompresowanego hofmmanem (wraz z kodekiem)\n",
    "\n",
    "Uzupełnij poniższe tabelki oraz wnioski (conajmniej 5 zdań).\n",
    "\n"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### START ZADANIA"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Entropia\n",
    "    \n",
    "|                            | Entropia  |\n",
    "| -----------                | ----------- |\n",
    "| tekst  w jęz. naturalnym   |             |\n",
    "| losowy tekst (jednostajny)   |             |\n",
    "| losowy tekst (geometryczny)|             |\n",
    "| losowy tekst (dwupunktowy 0.5) |             |\n",
    "| losowy tekst (dwupunktowy 0.9) |             |\n"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Wielkości w bitach:\n",
    "    \n",
    "|                        | Plik nieskompresowany  | Plik skompresowany (zip, tar,.. ) |  Plik skompresowany + tablica kodowa) |\n",
    "| -----------                | ----------- |-----------|----------- |\n",
    "| tekst  w jęz. naturalnym   |             |           |            |\n",
    "| losowy tekst (jednostajny)   |             |           |            |\n",
    "| losowy tekst (geometryczny)|             |           |            |\n",
    "| losowy tekst (dwupunktowy 0.5)|             |           |            |\n",
    "| losowy tekst (dwupunktowy 0.9)|             |           |            |"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "#### Wnioski:"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### KONIEC ZADANIA"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## Zadanie 2 (10 punktów)\n",
    "\n",
    "Powtórz kroki z zadania 1, tylko potraktuje wiadomości jako słowa (oddzielone spacją). Jeżeli występują więcej niż jedna spacja równocześnie- usuń je.\n",
    " \n",
    "Do wniosków dopisz koniecznie porównanie między kodowaniem hoffmana znaków i słów.\n",
    "\n",
    "\n",
    "\n"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### START ZADANIA"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Entropia\n",
    "    \n",
    "|                            | Entropia    |\n",
    "| -----------                | ----------- |\n",
    "| tekst  w jęz. naturalnym   |             |\n",
    "| losowy tekst (dyskretny)   |             |\n",
    "| losowy tekst (geometryczny)|             |\n"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "Wielkości w bitach:\n",
    "    \n",
    "|                        | Plik nieskompresowany  | Plik skompresowany (zip, tar,.. ) |  Plik skompresowany + tablica kodowa) |\n",
    "| -----------                | ----------- |-----------|----------- |\n",
    "| tekst  w jęz. naturalnym   |             |           |            |\n",
    "| losowy tekst (jednostajny)   |             |           |            |\n",
    "| losowy tekst (geometryczny)|             |           |            |\n",
    "| losowy tekst (dwupunktowy 0.5)|             |           |            |\n",
    "| losowy tekst (dwupunktowy 0.9)|             |           |            |"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "#### Wnioski:"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### KONIEC ZADANIA"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## Zadanie 3 (20 punktów)\n",
    "\n",
    "stwórz ręcznie drzewo Huffmana (zrób rysunki na kartce i załącz je jako obrazek) oraz zakoduj poniższy tekst "
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 14,
   "metadata": {},
   "outputs": [],
   "source": [
    "random.seed(123)\n",
    "\n",
    "tekst = list('abcdefghijklmnoprst')\n",
    "\n",
    "random.shuffle(tekst)\n",
    "\n",
    "tekst = tekst[: 5 + random.randint(1,5)]\n",
    "\n",
    "tekst = [a*random.randint(1,4) for a in tekst]\n",
    "\n",
    "tekst = [item for sublist in tekst for item in sublist]\n",
    "\n",
    "''.join(tekst)\n",
    "\n",
    "random.shuffle(tekst)\n",
    "\n",
    "tekst = ''.join(tekst)"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "code",
   "execution_count": 15,
   "metadata": {},
   "outputs": [
    {
     "data": {
      "text/plain": [
       "'ldddmpprphhopd'"
      ]
     },
     "execution_count": 15,
     "metadata": {},
     "output_type": "execute_result"
    }
   ],
   "source": [
    "tekst"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### Start zadania"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "### Koniec zadania"
   ]
  },
  {
   "cell_type": "markdown",
   "metadata": {},
   "source": [
    "## WYKONANIE ZADAŃ\n",
    "Zgodnie z instrukcją 01_Kodowanie_tekstu.ipynb"
   ]
  }
 ],
 "metadata": {
  "author": "Jakub Pokrywka",
  "email": "kubapok@wmi.amu.edu.pl",
  "kernelspec": {
   "display_name": "Python 3",
   "language": "python",
   "name": "python3"
  },
  "lang": "pl",
  "language_info": {
   "codemirror_mode": {
    "name": "ipython",
    "version": 3
   },
   "file_extension": ".py",
   "mimetype": "text/x-python",
   "name": "python",
   "nbconvert_exporter": "python",
   "pygments_lexer": "ipython3",
   "version": "3.8.3"
  },
  "subtitle": "0.Informacje na temat przedmiotu[ćwiczenia]",
  "title": "Ekstrakcja informacji",
  "year": "2021"
 },
 "nbformat": 4,
 "nbformat_minor": 4
}