计算文件的信息量（信息论实验一，cmd命令行运行）

• 程序（calcInfo.py）
• 运行说明
• • 1.安装和初始化
  • 2.运行步骤
  • • 2.1 打开cmd
    • 2.2 进入calcInfo.py所在的目录
    • 2.3 输入
    • 2.4 输出
    • 2.5 举例
    • 2.6 帮助

import argparse
import numpy as np

def main():
    (in_file_name,out_file_name, do_test) =parse_sys_args()
    if(do_test): #执行测试
        test_workflow()
    else:   #不测试，执行工作流
        worklflow(in_file_name, out_file_name)
        
def worklflow(in_file_name,out_file_name):  #工作流
	x = read_input(in_file_name)
	info = compute_info(x)
	write_output(out_file_name,in_file_name,info,x.size)

def parse_sys_args(): #解析命令行参数
    parser = argparse.ArgumentParser(description='calculate the average information content per byte of a file.')
    parser.add_argument('fileIn', help='path of the input file',nargs='?')
    parser.add_argument('fileOut', help='path of the Output file',nargs='?')
    parser.add_argument("-t", "--test", help="Do Test", action="store_true")
    args = parser.parse_args()
    return (args.fileIn,args.fileOut,args.test)

def compute_info(x):  #计算信息量
    value=np.zeros(256)
    for i in x:
        value[i]=value[i]+1
    p = value / x.size
    p = np.where(p==0, 1, p)
    self_info=-np.log2(p)
    info= np.sum(p*self_info)
    return info

def read_input(in_file_name):#读取文件成字节流
    f = np.fromfile(in_file_name, dtype=np.uint8)
    return f

def write_output(out_file_name, in_file_name, info, x_size):  #将结果写出文件
    fout = open(out_file_name, 'a')
    fout.write('"'+in_file_name+'","'+str(x_size)+'","'+str(info)+'"n')
    fout.close()

def test_workflow():  #测试
    # 测试1：生成字符数为512，数值全为1的矩阵。该信源只有一个符号出现概率为1，其他符号概率为0，所以信息量应为0 bit/byte。
    x_len = 512
    symbol = 1
    x = np.full(x_len, symbol, dtype=np.uint8)
    Info = compute_info(x)
    print("test1 1: a 512 bytes message with P(x=1)=1 ntexpecting=0.0 bit/byte, result="+str(Info)+' bit/byte')
    #测试2：生成字符数为512，数值为0，0,1,1...，255,255的矩阵，文件中包含所有可能的256种字节符号，且出现概率相等。所以信息量应为：8 bit/byte。
    y_len = 512
    y = np.repeat(np.arange(256, dtype=np.uint8), y_len/256)
    Info = compute_info(y)
    print("test 2: a 512 bytes message with all P(x)=1/256 ntexpecting=8.0 bit/byte, result="+str(Info)+' bit/byte')
    #测试3：生成字符数为512的矩阵,文件中只包含2种字节符号0和1，其出现的概率都是1/2。信息量应为：1 bit/byte。
    z_len = 512
    symbol_1 = 0
    symbol_2 = symbol_1 + 1
    z = np.repeat(np.array([symbol_1, symbol_2]).astype(np.uint8), z_len/2)
    Info = compute_info(z)
    print("test 3: a 512 bytes message with P(x=0)=1/2，P(x=1)=1/2 ntexpecting=1.0 bit/byte, result="+str(Info)+' bit/byte')

if __name__ == '__main__':
    main()

程序为Python文件：calcInfo.py。下载保存至文件夹即可。

2.3.1：python calcInfo.py [fileIn] [fileOut] 【[fileIn]为待计算信息量的文件的路径，[fileOut]为存放输出结果的路径】
2.3.2：python calcInfo.py -t 【运行单元测试】（目前仅支持这两种输入方式）

2.4.1 输入python calcInfo.py [fileIn] [fileOut]，会将计算好的信息量写入到[fileOut]中，可打开[fileOut]查看计算结果。[fileOut]中新增的一行即为计算结果：第一个字符串为文件名；第二个字符串为文件大小，单位为B；第三个字符串为计算出的文件信息量，单位为bit/byte。
2.4.2 输入python calcInfo.py -t ，会在屏幕上显示测试结果。

2.5.1：输入python calcInfo.py p1.jpg calcInfo.output.csv

打开calcInfo.output.csv，文件新增了一行计算结果。p1.jpg为输入的文件，27931为文件大小，单位为B，7.906689059264634为计算出的文件信息量,单位为bit/byte。

2.5.2：输入python calcInfo.py -t，屏幕上打印出了测试结果。

输入：python calcInfo.py -h 或 python calcInfo.py --help 查看帮助。