哈夫曼编译码.docx
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哈夫曼编译码
数据结构课程设计
（2013-2014学年第一学期）
题目：
哈夫曼编码-译码
院系：
专业：
学生姓名：
学号：
指导教师：
年月日
1课程设计任务和要求………………………………………………1
2概要设计……………………………………………………………1
3详细设计……………………………………………………………2
4调试结果……………………………………………………………32
5课程设计总结………………………………………………………33
6附源程序清单………………………………………………………34
一、课程设计的任务和要求
[问题描述]
打开一篇英文文章，统计该文章中每个字符出现的次数，然后以它们作为权值，对每一个字符进行编码，编码完成后再对其编码进行译码。
[基本要求]
利用哈夫曼编码进行信息通信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编/译码系统。
[测试数据]
新建一个.txt文件，用来存放待处理的数据，这些数据为ASCII码值的集合，而且每种字符的数量并不能相同。
本实验拟设其中的数据为abbcccdddd.
二、概要设计
1.总体设计
一个完整的系统应具有以下功能：
（1）I：
初始化（Initialization）。
从终端读入字符集大小n，以及n个字符和n个权值，建立哈夫曼树，并将它存于文件hfmTree中。
（2）E：
编码（Encoding）。
利用已建好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件htmTree中读入），对文件ToBeTran中的正文进行编码，然后将结果存入文件CodeFile中。
（3）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。
（4）P：
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写入文件CodePrint中。
（5）T：
印哈夫曼树（TreePrinting）。
将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式（树或凹入表形式）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。
2.函数划分：
该程序有一个主函数和多个子函数，主函数完成对子函数的调用，各子函数实现相应的功能。
可以定义相应的抽象数据类型。
三、详细设计
1.算法
voidCrtHuffmanTree（HuffmanTree*ht,int*w,ElemTypes*d,intn）
{/*w存放已知的n个权值，构造哈夫曼树ht*/
intm,i;
ints1,s2;
m=2*n-1;
*ht=（HuffmanTree）malloc（（m+1）*sizeof（HTNode））;/*0号单元未使用*/
for（i=1;i<=n;i++）
{/*1-n号放叶子结点，初始化*/
（*ht）[i].weight=w[i];
（*ht）[i].data=d[i];
（*ht）[i].LChild=0;
（*ht）[i].parent=0;
（*ht）[i].RChild=0;
}
for（i=n+1;i<=m;i++）
{
（*ht）[i].weight=0;
（*ht）[i].LChild=0;
（*ht）[i].parent=0;
（*ht）[i].RChild=0;
}/*非叶子结点初始化*/
/*------------初始化完毕！
对应算法步骤1---------*/
for（i=n+1;i<=m;i++）/*创建非叶子结点,建哈夫曼树*/
{/*在（*ht）[1]~（*ht）[i-1]的范围内选择两个parent为0且weight最小的结点，其序号分别赋值给s1、s2返回*/
select（ht,i-1,&s1,&s2）;
（*ht）[i].data=NULL;
（*ht）[s1].parent=i;
（*ht）[s2].parent=i;
（*ht）[i].LChild=s1;
（*ht）[i].RChild=s2;
（*ht）[i].weight=（*ht）[s1].weight+（*ht）[s2].weight;
}
}
voidPrint_d（HuffmanTree*HT,intm,charch,intn,FILE*fp,FILE*fps）{//译码，递归调用
charc;
if（!
feof（fp））{//当文件CodeFile未结束
if（ch=='1'）{
if（（*HT）[（*HT）[m].RChild].RChild==0）{//当到达叶子节点时
printf（"%c",（*HT）[（*HT）[m].RChild].data）;//输出翻译后的字符
fprintf（fps,"%c",（*HT）[（*HT）[m].RChild].data）;
intm=2*n-1;
c=fgetc（fp）;
Print_d（HT,m,c,n,fp,fps）;
}
else{//未到达叶子结点时，继续从文件CodeFile读入01代码
c=fgetc（fp）;
Print_d（HT,（*HT）[m].RChild,c,n,fp,fps）;
}
}
if（ch=='0'）{
if（（*HT）[（*HT）[m].LChild].LChild==0）{//当到达叶子节点时
printf（"%c",（*HT）[（*HT）[m].LChild].data）;
fprintf（fps,"%c",（*HT）[（*HT）[m].LChild].data）;
intm=2*n-1;
c=fgetc（fp）;
Print_d（HT,m,c,n,fp,fps）;
}
else{
c=fgetc（fp）;
Print_d（HT,（*HT）[m].LChild,c,n,fp,fps）;
}
}
}
}
voidPrintTree（HuffmanTreeHT,intm,intnLayer）/*按竖向树状打印的二叉树*/
{
if（m!
=0）{
if（HT==NULL）
return;
PrintTree（HT,HT[m].RChild,nLayer+1）;
for（inti=0;iprintf（"-"）;
printf（"%d\n",HT[m].weight）;
PrintTree（HT,HT[m].LChild,nLayer+1）;
}
}
2.主要函数的实现
CrtHuffmanTree（&HT,w,d,n）;//构建哈夫曼树。
CrtHuffmanCode（&HT,&HC,n,flag）;//对哈夫曼树编码
CrtHuffmanCode（&HT,&HC,n,flag）;//对文件编码
Print_d（&HT,m,ch,n,fp,fps）;//译码
PrintTree（HT,m,nLayer）;//打印
四、调试结果
五、课程设计总结
1、遇难到哪些问题，解决的方法。
一些算法的构成不理解，并且不会自己编写，对哈夫曼译码的算法不会等
2、通过本次课程设计，自己得到了哪些方面的训练和提高（经验和教训）。
多看书，多上网查资料，多向老师同学请教等，重视基本知识的运用，结合实际等
六、附源程序清单
#include
#include
#include
#defineElemTypeschar
typedefchar*HuffmanCode;/*动态分配数组，存储哈夫曼编码*/
typedefstruct
{
ElemTypesdata;
unsignedintweight;/*用来存放各个结点的权值*/
unsignedintparent,LChild,RChild;/*指向双亲、孩子结点的指针*/
}HTNode,*HuffmanTree;/*动态分配数组，存储哈夫曼树*/
voidselect（HuffmanTree*ht,intn,int*s1,int*s2）
{
inti;
intmin;
for（i=1;i<=n;i++）
{
if（（*ht）[i].parent==0）
{
min=i;
i=n+1;
}
}
for（i=1;i<=n;i++）
{
if（（*ht）[i].parent==0）
{
if（（*ht）[i].weight<（*ht）[min].weight）
min=i;
}
}
*s1=min;
for（i=1;i<=n;i++）
{
if（（*ht）[i].parent==0&&i!
=（*s1））
{
min=i;
i=n+1;
}
}
for（i=1;i<=n;i++）
{
if（（*ht）[i].parent==0&&i!
=（*s1））
{
if（（*ht）[i].weight<（*ht）[min].weight）
min=i;
}
}
*s2=min;
}
voidCrtHuffmanTree（HuffmanTree*ht,int*w,ElemTypes*d,intn）
{/*w存放已知的n个权值，构造哈夫曼树ht*/
intm,i;
ints1,s2;
m=2*n-1;
*ht=（HuffmanTree）malloc（（m+1）*sizeof（HTNode））;/*0号单元未使用*/
for（i=1;i<=n;i++）
{/*1-n号放叶子结点，初始化*/
（*ht）[i].weight=w[i];
（*ht）[i].data=d[i];
（*ht）[i].LChild=0;
（*ht）[i].parent=0;
（*ht）[i].RChild=0;
}
for（i=n+1;i<=m;i++）
{
（*ht）[i].weight=0;
（*ht）[i].LChild=0;
（*ht）[i].parent=0;
（*ht）[i].RChild=0;
}/*非叶子结点初始化*/
/*------------初始化完毕！
对应算法步骤1---------*/
for（i=n+1;i<=m;i++）/*创建非叶子结点,建哈夫曼树*/
{/*在（*ht）[1]~（*ht）[i-1]的范围内选择两个parent为0且weight最小的结点，其序号分别赋值给s1、s2返回*/
select（ht,i-1,&s1,&s2）;
（*ht）[i].data=NULL;
（*ht）[s1].parent=i;
（*ht）[s2].parent=i;
（*ht）[i].LChild=s1;
（*ht）[i].RChild=s2;
（*ht）[i].weight=（*ht）[s1].weight+（*ht）[s2].weight;
}
}
voidCrtHuffmanCode（HuffmanTree*ht,HuffmanCode*hc,intn,intflag）
/*从叶子结点到根，逆向求每个叶子结点对应的哈夫曼编码*/
{
char*cd;
inti;
unsignedintc;
intstart;
intp;
hc=（HuffmanCode*）malloc（（n+1）*sizeof（char*））;/*分配n个编码的头指针*/
cd=（char*）malloc（n*sizeof（char））;/*分配求当前编码的工作空间*/
cd[n-1]='\0';/*从右向左逐位存放编码，首先存放编码结束符*/
for（i=1;i<=n;i++）/*求n个叶子结点对应的哈夫曼编码*/
{
start=n-1;/*初始化编码起始指针*/
for（c=i,p=（*ht）[i].parent;p!
=0;c=p,p=（*ht）[p].parent）/*从叶子到根结点求编码*/
if（（*ht）[p].LChild==c）
cd[--start]='0';/*左分支标0*/
else
cd[--start]='1';/*右分支标1*/
hc[i]=（char*）malloc（（n-start）*sizeof（char））;/*为第i个编码分配空间*/
strcpy（hc[i],&cd[start]）;
}
free（cd）;
if（flag==2）{
FILE*fp1;
if（（fp1=fopen（"e:
\\hfmTree.txt","w"））==NULL）{//创建文件hfmTree存储字符形式的编码
printf（"Fileopenerror!
\n"）;
exit（0）;
}
printf（"\n将下面的哈夫曼树写入文件hfmTree.txt中.\n"）;
fprintf（fp1,"字符\t权值\t编码\n"）;
printf（"字符\t权值\t编码\n"）;
for（i=1;i<=n;i++）{
printf（"%c\t%d\t%s\n",（*ht）[i].data,（*ht）[i].weight,hc[i]）;
fprintf（fp1,"%c\t%d\t%s\n",（*ht）[i].data,（*ht）[i].weight,hc[i]）;//写入文件hfmTree中
}
printf（"\n成功写入!
\n"）;
if（fclose（fp1））{//关闭文件
printf（"Cannotclosethefile!
\n"）;
exit（0）;
}
}
if（flag==1）{//当flag==1时对文件ToBeTran编码
FILE*fp;
FILE*fps;
charch;
inti;
if（（fp=fopen（"e:
\\ToBeTran.txt","r"））==NULL）{//从文件ToBeTran中读取要编码的文章。
printf（"Fileopenerror!
\n"）;
exit（0）;
}
if（（fps=fopen（"e:
\\CodeFile.txt","w"））==NULL）{//创建文件CodeFile存储文件ToBeTran的编码
printf（"Fileopenerror!
\n"）;
exit（0）;
}
printf（"\n对文件ToBeTran.txt的文章进行编码:
\n"）;
while（!
feof（fp））{
ch=fgetc（fp）;
for（i=1;i<=n;i++）{
if（ch!
='\0'）{
if（ch==（*ht）[i].data）{
fprintf（fps,"%s",hc[i]）;
printf（"%s",hc[i]）;
}
}
}
}
printf（"\n代码成功保存到文件CodeFile.txx中.\n\n"）;
if（fclose（fp））{//关闭文件
printf（"Cannotclosethefile!
\n"）;
exit（0）;
}
if（fclose（fps））{//关闭文件
printf（"Cannotclosethefile!
\n"）;
exit（0）;
}
}
}
voidPrint_d（HuffmanTree*HT,intm,charch,intn,FILE*fp,FILE*fps）{//译码，递归调用
charc;
if（!
feof（fp））{//当文件CodeFile未结束
if（ch=='1'）{
if（（*HT）[（*HT）[m].RChild].RChild==0）{//当到达叶子节点时
printf（"%c",（*HT）[（*HT）[m].RChild].data）;//输出翻译后的字符
fprintf（fps,"%c",（*HT）[（*HT）[m].RChild].data）;
intm=2*n-1;
c=fgetc（fp）;
Print_d（HT,m,c,n,fp,fps）;
}
else{//未到达叶子结点时，继续从文件CodeFile读入01代码
c=fgetc（fp）;
Print_d（HT,（*HT）[m].RChild,c,n,fp,fps）;
}
}
if（ch=='0'）{
if（（*HT）[（*HT）[m].LChild].LChild==0）{//当到达叶子节点时
printf（"%c",（*HT）[（*HT）[m].LChild].data）;
fprintf（fps,"%c",（*HT）[（*HT）[m].LChild].data）;
intm=2*n-1;
c=fgetc（fp）;
Print_d（HT,m,c,n,fp,fps）;
}
else{
c=fgetc（fp）;
Print_d（HT,（*HT）[m].LChild,c,n,fp,fps）;
}
}
}
}
voidPrintTree（HuffmanTreeHT,intm,intnLayer）/*按竖向树状打印的二叉树*/
{
if（m!
=0）{
if（HT==NULL）
return;
PrintTree（HT,HT[m].RChild,nLayer+1）;
for（inti=0;iprintf（"-"）;
printf（"%d\n",HT[m].weight）;
PrintTree（HT,HT[m].LChild,nLayer+1）;
}
}
voidTreePrint（HuffmanTree*ht,intm）{
FILE*fp;
inti;
if（（fp=fopen（"e:
\\TreePrint.txt","w"））==NULL）{//同时将此字符形式的哈夫曼树写入文件TreePrint中
printf（"Fileopenerror!
\n"）;
exit（0）;
}
printf（"将字符形式的哈夫曼树存储到文件TreePrint中.\n"）;
fprintf（fp,"编号\t字符\t权值\tparent\tLChild\tRChild\n"）;
for（i=1;i<=m;i++）{
fprintf（fp,"%d\t%c\t%d\t%d\t%d\t%d\n",i,（*ht）[i].data,（*ht）[i].weight,（*ht）[i].parent,（*ht）[i].LChild,（*ht）[i].RChild）;
}
printf（"存储成功!
\n"）;
if（fclose（fp））{//关闭文件
printf（"Cannotclosethefile!
\n"）;
exit（0）;
}
}
voidPutCode（）{
FILE*fp;
charch;
inti=0;
if（（fp=fopen（"e:
\\CodeFile.txt","r"））==NULL）{//读取01代码输出文件CodeFile.txt中的代码
printf（"Fileopenerror!
\n"）;
exit（0）;
}
while（!
feof（fp））{
ch=fgetc（fp）;
if（ch!
='\0'）{
printf（"%c",ch）;
i=i+1;
if（i%50==0）
printf（"\n"）;
}
}
if（fclose（fp））{//关闭文件
printf（"Cannotclosethefile!
\n"）;
exit（0）;
}
}
voidmain（）
{
HuffmanTreeHT;
HuffmanCodeHC;
FILE*fp,*fps,*fpss;
int*w;
char*d,str[1000],s[2];
chardata,ch;
inti,n,choice;//结点个数;
intwei;//权值;
intm,flag;
intnLayer=0;
printf（"***********************************************************\n"）;
printf（"***\t\t\t哈夫曼编译码\t\t\t***\n"）;
printf（"***********************************************************\n"）;
do{
printf（"***********************************************************\n"）;
printf（"*\t\t输入你要选择的选项（请先选择1）\t\t*\n"）;
printf（"*\t\t\t1.初始化哈夫曼树\t\t*\n"）;
printf（"*\t\t\t2.对文件编码\t\t\t*\n"）;
printf（"*\t\t\t3.对译文
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