计算机软件及应用哈夫曼树编码课程设计实验报告.docx
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计算机软件及应用哈夫曼树编码课程设计实验报告
武汉工程大学
计算机科学与工程学院
综合设计报告
设计名称：
应用软件综合设计
设计题目：
哈夫曼编码/译码器
学生学号：
1005080228
专业班级：
计算机工程02班
学生姓名：
张建雄
学生成绩：
指导教师（职称）：
刘黎志（副教授）
课题工作时间：
2012-9-17至2012-9-28
说明：
1、报告中的第一、二、三项由指导教师在综合设计开始前填写并发给每个学生；四、五两项（中英文摘要）由学生在完成综合设计后填写。
2、学生成绩由指导教师根据学生的设计情况给出各项分值及总评成绩。
3、指导教师评语一栏由指导教师就学生在整个设计期间的平时表现、设计完成情况、报告的质量及答辩情况，给出客观、全面的评价。
4、所有学生必须参加综合设计的答辩环节，凡不参加答辩者，其成绩一律按不及格处理。
答辩小组成员应由2人及以上教师组成。
5、报告正文字数一般应不少于5000字，也可由指导教师根据本门综合设计的情况另行规定。
6、平时表现成绩低于6分的学生，其综合设计成绩按不及格处理。
7、此表格式为武汉工程大学计算机科学与工程学院提供的基本格式（适用于学院各类综合设计），各教研室可根据本门综合设计的特点及内容做适当的调整，并上报学院批准。
成绩评定表
学生姓名：
张建雄学号：
1005080228班级：
计算机工程02班
类别
合计
分值
各项分值
评分标准
实际得分
合计得分
备注
平时表现
10
10
按时参加综合设计，无旷课、迟到、早退、违反实验室纪律等情况。
完成情况
30
20
按设计任务书的要求完成了全部任务，能完整演示其设计内容，符合要求。
10
能对其设计内容进行详细、完整的介绍，并能就指导教师提出的问题进行正确的回答。
报告质量
35
10
报告文字通顺，内容翔实，论述充分、完整，立论正确，结构严谨合理；报告字数符合相关要求，工整规范，整齐划一。
5
课题背景介绍清楚，综述分析充分。
5
设计方案合理、可行，论证严谨，逻辑性强，具有说服力。
5
符号统一；图表完备、符合规范要求。
5
能对整个设计过程进行全面的总结，得出有价值的结论或结果。
5
参考文献数量在3篇以上，格式符合要求，在正文中正确引用。
答辩情况
25
10
在规定时间内能就所设计的内容进行阐述，言简意明，重点突出，论点正确，条理清晰。
15
在规定时间内能准确、完整、流利地回答教师所提出的问题。
总评成绩：
分
补充说明：
指导教师：
（签字）
日期：
年月日
答辩记录表
学生姓名：
张建雄学号：
1005080228班级：
计算机工程02班
答辩地点：
答辩内容记录：
答辩成绩
合计
分值
各项分值
评分标准
实际得分
合计得分
备注
25
10
在规定时间内能就所设计的内容进行阐述，言简意明，重点突出，论点正确，条理清晰。
15
在规定时间内能准确、完整、流利地回答教师所提出的问题。
答辩小组成员（签字）：
年月日
指导教师评语
指导教师：
（签字）
日期：
年月日
一、综合设计目的、条件、任务和内容要求：
利用哈夫曼编码进行信息通讯可以大大提高信道利用率，缩短信息传输时间，降低传输成本。
但是，这要求在发送端通过一个编码系统对待传数据预先编码，在接收端将传来的数据进行译码（复原）。
对于双工信道（即可以双向传输信息的信道），每端都需要一个完整的编/译码系统。
试为这样的信息收发站写一个哈夫曼码的编译码系统。
一个完整的哈夫曼码的编译码系统系统应具有以下功能：
I:
初始化（Initialization）。
从终端读入字符集大小n，几个字符和n个权值，建立哈夫曼树，并将它存于文件hfmtree中。
C:
编码（Coding）。
利用已建好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件hfmtree中读入），对文件tobetrans中的正文进行编码，然后将结果存入文件codefile中。
D:
译码（Decoding）。
利用已建好的哈夫曼树将文件codefile中的代码进行译码，结果存入文件textfile中。
P:
打印代码文件（Print）。
将文件codefile以紧凑格式显示在终端上，每行50个代码。
同时将此字符形式的编码文件写入文件codeprint中。
T:
打印哈夫曼树（Treeprinting）。
将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式（数或凹入表形式）显示在终端上，同时将此字符形式的哈夫曼树写入文件treeprint中。
[测试数据]
用下表中给出的字符集和频度的实际统计数据建立哈夫曼数，并实现以下报文的编码和译码：
“THISPROGRAMISMYFAVORITE”。
字符
--
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
频度
186
64
13
22
32
103
21
15
47
57
1
5
32
20
字符
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z
频度
57
63
15
1
48
51
80
23
8
18
1
16
1
通过本设计可以巩固已经学过的基础课及专业课知识，开阔学生的视野，锻炼学生的自学能力及独立动手能力。
指导教师签字：
刘黎志
2012年9月17日
二、进度安排：
2012-9-17：
明确所选课题的具体要求，按要求阅读相关的参考文献及资料
2012-9-18至2012-9-27：
课题代码实现、课程设计报告书写
2012-9-28：
课程设计答辩
3、应收集资料及主要参考文献：
[1]李纯莲，刘玉宝，刘金凤等．C#.NET实用教程[M]．北京：
电子工业出版社，2011年．100-150．
[2]田鲁怀．数据结构[M]．北京：
电子工业出版社，2010年．178-210．
[3]李春葆，尹为民，李蓉蓉等．数据结构教程[M]．北京：
清华大学出版社.2010年．210-250．
四、综合设计（课程设计）摘要：
在这次课程设计中，所进行的实验是：
哈夫曼编码和编译器。
对哈夫曼树进行建立，由节点的权值建立最小二叉树，哈夫曼树haftree，并由所建立的哈夫曼树进行编码，求出各个节点的编码。
在由所求的哈夫曼树，输入一段二进制电文，能够输出那所建立的哈夫曼树中的节点。
建立的haftree用图形化表示出来。
在整个代码实现中，窗体的实现，功能的完善，哈夫曼树的建立，哈夫曼树的编码，遇到了许多难题，haftree对象数组的分配空间，节点的属性等都比较困难。
在整个过程中，用的是C#语言，包的应用，字符串数组的空间分配，在计算每个字符的权值时，用的是sizeOf（）检索整个字符串，计算字符的权值，建立字符出现频度的表格，根据表格中每个字符频度建立起哈夫曼树。
从根节点出发检索每个节点的左右孩子，如果是左孩子遍历左边，路径为0，然后左孩子为根节点；如果是右孩子，遍历右孩子，路径为1，然后右孩子为根节点。
在重新上述方法，直到所有的节点都遍历完，每个节点的编码就确定后输出来。
在译码过程中，由所输入的二进制电文，根据所建立的哈夫曼树，如果是0走左边，如果是1，走右边，直到节点的左右孩子为空时，输出给节点的信息，在回到根节点重新遍历后面的二进制电文，直到所有电文都遍历完为止，输出所有从电文中译码出来的信息。
关键词：
编译器；频度；译码
五、综合设计（课程设计）Abstract：
Inthisdesign,theexperimentwas:
Huffmancodingandcompiler.TheHuffmantreetoestablish,bythenodeweightstoestablishaminimumoftwoforktree,Huffmantreehaftree,andbytheHuffmantreecoding,andeverynodecoding.BytheHuffmantree,enterabinarymessage,canoutputthesetupbytheHuffmantreenodes.Establishmentofhaftreegraphicalrepresentation.Intheimplementationofthecode,therealizationform,functionperfect,Huffmantreeisestablished,Huffmancodingtree,encounteredalotofproblems,anarrayofhaftreeobjectsallocatedspace,nodeattributesaredifficult.Throughouttheprocess,usingtheC#language,theapplicationpackage,anarrayofstringsinthespatialdistribution,calculatedforeachweightofcharacters,usingsizeOftoretrievetheentirestring,calculatingtheweightofcharacters,establishcharacterappearancefrequencyofform,formthebasisofeachcharacterfrequencyestablishedHuffmantree.Startingfromtherootnodetoretrieveeachnodearoundchildren,ifchildrenlefttraverseleft,path0,thenleftthechildastherootnode;ifitisrightchild,traversingtherightpathforchildren,1childrenfortherootnode,thentheright.Inthenewmethoddescribedabove,untilallofthenodetraversalfinished,eachnodeisdeterminedaftertheoutputcoding.
Inthedecodingprocess,bytheinputbinarymessage,accordingtotheestablishedHuffmantree,ifitis0theleft,ifitis1,goright,untiltheleftandrightchildnodeisempty,theoutputtothenodeinformation,inthebackoftherootnodetotraversebehindabinarymessage,untilallmessagetraversalfinishedsofar,theoutputfromallthemessagedecodingofinformation.
Keywords:
compiler;frequency;decoding
摘要
在这次课程设计中，所进行的实验是：
哈夫曼编码和编译器。
对哈夫曼树进行建立，由节点的权值建立最小二叉树，哈夫曼树haftree，并由所建立的哈夫曼树进行编码，求出各个节点的编码。
在由所求的哈夫曼树，输入一段二进制电文，能够输出那所建立的哈夫曼树中的节点。
建立的haftree用图形化表示出来。
在整个代码实现中，窗体的实现，功能的完善，哈夫曼树的建立，哈夫曼树的编码，遇到了许多难题，haftree对象数组的分配空间，节点的属性等都比较困难。
在整个过程中，用的是C#语言，包的应用，字符串数组的空间分配，在计算每个字符的权值时，用的是sizeOf（）检索整个字符串，计算字符的权值，建立字符出现频度的表格，根据表格中每个字符频度建立起哈夫曼树。
从根节点出发检索每个节点的左右孩子，如果是左孩子遍历左边，路径为0，然后左孩子为根节点；如果是右孩子，遍历右孩子，路径为1，然后右孩子为根节点。
在重新上述方法，直到所有的节点都遍历完，每个节点的编码就确定后输出来。
在译码过程中，由所输入的二进制电文，根据所建立的哈夫曼树，如果是0走左边，如果是1，走右边，直到节点的左右孩子为空时，输出给节点的信息，在回到根节点重新遍历后面的二进制电文，直到所有电文都遍历完为止，输出所有从电文中译码出来的信息。
关键词：
编译器；频度；译码
Abstract
Inthisdesign,theexperimentwas:
Huffmancodingandcompiler.TheHuffmantreetoestablish,bythenodeweightstoestablishaminimumoftwoforktree,Huffmantreehaftree,andbytheHuffmantreecoding,andeverynodecoding.BytheHuffmantree,enterabinarymessage,canoutputthesetupbytheHuffmantreenodes.Establishmentofhaftreegraphicalrepresentation.Intheimplementationofthecode,therealizationform,functionperfect,Huffmantreeisestablished,Huffmancodingtree,encounteredalotofproblems,anarrayofhaftreeobjectsallocatedspace,nodeattributesaredifficult.Throughouttheprocess,usingtheC#language,theapplicationpackage,anarrayofstringsinthespatialdistribution,calculatedforeachweightofcharacters,usingsizeOftoretrievetheentirestring,calculatingtheweightofcharacters,establishcharacterappearancefrequencyofform,formthebasisofeachcharacterfrequencyestablishedHuffmantree.Startingfromtherootnodetoretrieveeachnodearoundchildren,ifchildrenlefttraverseleft,path0,thenleftthechildastherootnode;ifitisrightchild,traversingtherightpathforchildren,thentheright.Innewmethoddescribedabove,untilallofthenodetraversalfinished,eachnodeisdeterminedaftercoding。
Inthedecodingprocess,bytheinputbinarymessage,accordingtotheestablishedHuffmantree,ifitis0theleft,ifitis1,goright,untiltheleftandrightchildnodeisempty,theoutputtothenodeinformation,inthebackoftherootnodetotraversebehindabinarymessage,untilallmessagetraversalfinishedsofar,theoutputfromall.
Keywords:
compiler;frequency;decoding
第一章课题背景
1.1设计背景目的及意义
1.1.1设计背景
在当今信息时代，信息技术已经成为当代知识经济的核心技术。
我们时刻都在和数据打交道。
但是这些海量的数据是怎么保存在计算机里面的呢？
在客户需要数据时它又是怎么发送给用户的呢？
这就涉及到哈弗曼编码的技术了。
哈弗曼编码在这种背景下，适应时代的要求诞生了。
作为无损压缩算法，哈弗曼编码用途非常广泛，在各个领域都有应用。
1.1.2设计目的
这次可课程设计主要是回顾我们上学期所学习的数据结构这门课程，重新温习一下这些经典算法，加深对它们的影响，以至于今后更好的应用这些经典算法，还有就是培养我们的程序设计算法，平时都是在教室里上课，很少有像这样集体性的编程，通过这次课程设计，不仅能加强我们的编程能力，更能加强我们的程序设计能力。
1.1.3设计意义
这次课程设计很有意义。
哈夫曼编码是个很有用、很有效的编码方式，是一个伟大的发明。
通过这次课程设计，让我们亲身体会到了课本上知识的作用和重要性，从而达到了学以致用的目的，让我们对今后的学习有了更清楚的方向和更加强烈的兴趣。
1.2理论依据和工作原理
1.2.1理论依据
哈夫曼编码（HuffmanCoding）是一种编码方式，哈夫曼编码是可变字长编码（VLC）的一种。
Huffman于1952年提出一种编码方法，该方法完全依据字符出现概率来构造异字头的平均长度最短的码字，有时称之为最佳编码，一般就叫作Huffman编码。
1.2.2工作原理
哈夫曼编码依据字符出现的频率来构造一棵二叉树，然后根据这棵树对字符进行编码，这种编码机制使用最短编码来表示字符串，大大节省了字符传递时的长度，在网络通信中，特别是网络流量方面作用特别明显，它大大节省了网络资源，提高了网络运行速度，方便了人们的生活。
第二章设计简介及设计方案论述
2.1设计简介
这次课程设计是哈夫曼编码，要求实现可视化编程。
哈夫曼树是一种很有用的数据结构，在数据传输方面更显方便，它能用较少的编码代替复杂的字符。
我们这次课程设计就是要实现对一段报文进行哈弗曼编码，然后随便输入一段编码，根据前面的编码进行解码。
2.2设计方案的论述
看到这个课程设计，第一感觉就是不怎么难。
因为哈弗满编码主要代码课本上都有，我们只需要将代码添加到窗体类中就可以。
首先，我设计了3个类，分别是HafumanNode类，HafumanT类和Form1主窗体类。
HafumanNode类是哈弗曼节点类，这个类中有publicchardata;publicintpinDu;publicdoubleweight;publicintparent;publicintlchild;publicintrchild;这六个字段和构造函数publicHafumanNode（charc,doublew）。
还有就是HafumanT类，这个类中主要实现哈夫曼树的构造和编码以及解码。
Form1类是主窗体类，在这里就不详细介绍了，在后面详细设计里面会有详细分析。
第三章详细设计
3.1总体分析
这次课程设计，我设计了3个类，分别是哈夫曼节点类（HafumanNode）、哈夫曼树（HafumanT）、主窗体类（Form1）。
这些类各有各的功能和作用，分别实现不同的功能，这样设计使代码更显调理性，而不至于把所有的功能都写在一个类里面，钠那样显得没有调理，很乱，可读性和可维护性不强。
3.2详细分析
3.2.1HafumanNode类
这个类的主要代码如下：
classHafumanNode
{
publicchardata;
publicintpinDu;
publicdoubleweight;
publicintparent;
publicintlchild;
publicintrchild;
publicHafumanNode（charc,doublew）
{
data=c;
weight=w;
pinDu=0;
parent=-1;
lchild=-1;
rchild=-1;
}
}
这个类比较简单，代码非常少，这个类相当于课本上C语言中的结构体，只是在C#中我用类来实现。
3.3.2HafumanT类
这个类有点复杂，因为它要实现很多功能。
这里就不详细列出它的所有代码了，而是把主要代码展示如下：
publicvoidCreateHafumanTree（）
{
intlchild,rchild;
doublemin1,min2;
intnumber=listNode.Count;
for（inti=number;i{
lchild=-1;
rchild=-1;
min1=3000;
min2=3000;
for（intj=0;jif（listNode[j].parent==-1）
if（listNode[j].weight{
min2=min1;
rchild=lchild;
min1=listNode[j].weight;
lchild=j;
}
elseif（listNode[j].weight{
min2=listNode[j].weight;
rchild=j;
}
doublew=listNode[lchild].weight+listNode[rchild].weight;
HafumanNodenewNode=newHafumanNode（'#',w）;
newNode.lchild=lchild;
newNo
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