数据结构课程设计 哈弗曼编译.docx
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数据结构课程设计哈弗曼编译
《数据结构》
课程设计报告
学院（系）：
班级：
学生学号：
姓名：
指导教师：
2012年6月17日
一、需求分析………………………………………………………3
二、概要设计………………………………………………………3
设计分析……………………………………………………………3
流程图………………………………………………………………3
三、详细设计……………………………………………………3
四、调试分析……………………………………………………12
五、用户手册……………………………………………………13
六、测试结果………………………………………………………13
运行过程……………………………………………………………13
运行结果……………………………………………………………17
七、设计心得………………………………………………………18
八、附录……………………………………………………………18
参考文献……………………………………………………………18
代码…………………………………………………………………19
一、需求分析
哈夫曼树，又称最优树，是一类带权路径长度最短的树，有着广泛的应用。
利用哈夫曼编码进行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。
本程序将为这样的信息收发站写一个哈夫曼的编译码系统。
二、概要设计
本系统将由如下模块组成：
1、定义。
2、I：
初始化（Initialization）函数
从终端输入字符集大小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
3、E：
编码（Encoding）函数
利用已建好的哈夫曼书（如不在内存，则从文件hfmTree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。
4、D：
译码（Decoding）函数
利用已经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。
5、P：
打印代码文件（Print）函数。
将文件CodeFile以紧凑格式显示在终端，每行50个代码。
同时将此字符形式的编码文件写入文件CodePrin中。
6、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（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TreePrinting.
7、函数调用图如下：
Main
InitializationEncodingDecodingPrintTreePrint
SelectInputCodeCodepriningCoprint
Min
（main调用第二行所有函数，其余列的首字母对应的上一行函数调用下一行函数。
）
三、详细设计
哈夫曼编码是一种编码方式，它是根据每一个字符出现的概率而建立起来的。
哈夫曼编码借助树形结构构造，算法实现时使用链表或静态链表结构，空间的每个结点内有左子树、右子树、双亲指针。
在构成哈夫曼树之后，为求编码需从叶子结点出发走一条从叶子到根的路径；而为译码需从根出发走一条从根到叶子的路径。
要实现如上概要所说功能，需要进行如下步骤。
1、哈夫曼树及哈夫曼编码的存储表示
typedefstruct
{intweight;
intparent,lchild,rchild;
}HTNode,*HuffmanTree;//动态分配数组存储哈夫曼树
typedefchar**HuffmanCode;//动态分配数组存储哈夫曼编码表
2、初始化
HuffmanTreeHT;
HuffmanCodeHC;
int*w,i,j;
constintn=26;
char*z;
intflag=0;
intnumb=0;
3、定义min功能函数
intmin（HuffmanTreet,inti）
{intj,flag;
intk=UINT_MAX;
for（j=1;j<=i;j++）
if（t[j].weightk=t[j].weight,flag=j;
t[flag].parent=1;
returnflag;}
4、定义选择权值最小的结点的函数
voidselect（HuffmanTreet,inti,int&s1,int&s2）
{intj;
s1=min（t,i）;
s2=min（t,i）;
if（s1>s2）
{j=s1;s1=s2;s2=j;}
}
5、编写求哈夫曼编码的算法。
voidHuffmanCoding（HuffmanTree&HT,HuffmanCode&HC,int*w,intn）
{intm,i,s1,s2,start;
intc,f;HuffmanTreep;
char*cd;if（n<=1）
return;
m=2*n-1;
HT=（HuffmanTree）malloc（（m+1）*sizeof（HTNode））;
for（p=HT+1,i=1;i<=n;++i,++p,++w）
{p->weight=*w;
p->parent=0;
p->lchild=0;p->rchild=0;}
for（;i<=m;++i,++p）
p->parent=0;
for（i=n+1;i<=m;++i）
{select（HT,i-1,s1,s2）;
HT[s1].parent=HT[s2].parent=i;
HT[i].lchild=s1;
HT[i].rchild=s2;
HT[i].weight=HT[s1].weight+HT[s2].weight;
}
HC=（HuffmanCode）malloc（（n+1）*sizeof（char*））;
cd=（char*）malloc（n*sizeof（char））;
cd[n-1]='\0';
for（i=1;i<=n;i++）
{
start=n-1;
for（c=i,f=HT[i].parent;
f!
=0;c=f,f=HT[f].parent）
if（HT[f].lchild==c）
cd[--start]='0';
elsecd[--start]='1';
HC[i]=（char*）malloc（（n-start）*sizeof（char））;
strcpy（HC[i],&cd[start]）;}
free（cd）;}
6、在“我的课程设计”文件夹中新建“abc.txt”文件，文件内容如下：
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
7、编写初始化（Initialization）函数
voidInitialization（）
{flag=1;intnum2;
cout<<"下面初始化哈夫曼链表"<w=（int*）malloc（n*sizeof（int））;
z=（char*）malloc（n*sizeof（char））;
cout<<"\n依次显示"<charbase[2];
ifstreamfin（"abc.txt"）;
for（i=0;i{fin>>base;
*（z+i）=*base;
fin>>num2;
*（w+i）=num2;}
HuffmanCoding（HT,HC,w,n）;
cout<<"字符"<for（i=1;i<=n;i++）
{
cout<cout<}
cout<<"下面将哈夫曼编码写入文件"<FILE*htmTree;
charr[]={'','\0'};
if（（htmTree=fopen（"htmTree.txt","w"））==NULL）
{cout<<"不能打开文件"<return;}
for（i=0;i{fputc（*（z+i）,htmTree）;
fputs（r,htmTree）;
}
for（i=0;i{fprintf（htmTree,"%6d",*（w+i））;
fputs（r,htmTree）;
}
for（i=1;i<=n;i++）
{fputs（HC[i],htmTree）;
fputs（r,htmTree）;}
fclose（htmTree）;
cout<<"已将字符与对应编码写入根目录下文件htmTree.txt中"<}
8、编写编码（Encoding）函数
voidInputCode（）
{FILE*tobetran;
charstr[100];
if（（tobetran=fopen（"tobetran.txt","w"））==NULL）
{cout<<"不能打开文件"<cout<<"请输入你想要编码的字符"<gets（str）;
fputs（str,tobetran）;
cout<<"获取报文成功"<fclose（tobetran）;
cout<<"...................."<voidEncoding（）
{cout<<"下面对目录下文件tobetran.txt中的字符进行编码"<FILE*tobetran,*codefile;
if（（tobetran=fopen（"tobetran.txt","rb"））==NULL）
{cout<<"不能打开文件"<if（（codefile=fopen（"codefile.txt","wb"））==NULL）
{cout<<"不能打开文件"<char*tran;
i=99;
tran=（char*）malloc（100*sizeof（char））;
while（i==99）
{if（fgets（tran,100,tobetran）==NULL）
{cout<<"不能打开文件"<for（i=0;*（tran+i）!
='\0';i++）
{for（j=0;j<=n;j++）
{if（*（z+j-1）==*（tran+i））
{fputs（HC[j],codefile）;
if（j>n）
{cout<<"字符错误，无法编码!
"<}
}
}
}
}
cout<<"…………编码完成…………"<cout<<"编码写入目录下的codefile.txt中"<fclose（tobetran）;
fclose（codefile）;
free（tran）;
}
9、编写译码（Decoding）函数
voidDecoding（）
{
cout<<"下面对根目录下文件codefile.txt中的字符进行译码"<FILE*codef,*txtfile;
if（（txtfile=fopen（"\\Textfile.txt","w"））==NULL）
{cout<<"不能打开文件"<}
txtfile=fopen（"Textfile.txt","w"）;
if（（codef=fopen（"codefile.txt","r"））==NULL）
{cout<<"不能打开文件"<codef=fopen（"codefile.txt","r"）;
char*work,*work2,i2;
inti4=0,i,i3;
unsignedlonglength=10000;
work=（char*）malloc（length*sizeof（char））;
fgets（work,length,codef）;
work2=（char*）malloc（length*sizeof（char））;
i3=2*n-1;
for（i=0;*（work+i-1）!
='\0';i++）
{i2=*（work+i）;
if（HT[i3].lchild==0）
{*（work2+i4）=*（z+i3-1）;
i4++;
i3=2*n-1;
i--;}
elseif（i2=='0'）i3=HT[i3].lchild;
elseif（i2=='1'）i3=HT[i3].rchild;
}
*（work2+i4）='\0';
fputs（work2,txtfile）;
cout<<"…………译码完成…………"<cout<<"内容写入根目录下的文件textfile.txt中"<free（work）;
free（work2）;
fclose（txtfile）;
fclose（codef）;}
10.编写打印代码文件函数（Print）
voidCode_printing（）
{cout<<"下面打印根目录下文件CodePrin.txt中编码字符"<FILE*CodePrin,*codefile;
if（（CodePrin=fopen（"CodePrin.txt","w"））==NULL）
{cout<<"不能打开文件"<return;}
if（（codefile=fopen（"codefile.txt","r"））==NULL）
{cout<<"不能打开文件"<char*work3;
work3=（char*）malloc（51*sizeof（char））;
if（fgets（work3,51,codefile）==NULL）
{cout<<"不能读取文件"<elsedo
{
fputs（work3,CodePrin）;
puts（work3）;
}
while（strlen（work3）==50&&fgets（work3,51,codefile）!
=NULL）;
free（work3）;
cout<<"打印结束"<}
11、编写打印哈夫曼树（TreePrinting）函数
voidcoprint（HuffmanTreestart,HuffmanTreeHT）
{if（start!
=HT）
{FILE*TreePrint;
if（（TreePrint=fopen（"TreePrint.txt","a"））==NULL）
{cout<<"创建文件失败"<return;
}
numb++;
coprint（HT+start->rchild,HT）;
cout<weight<fprintf（TreePrint,"%d\n",start->weight）;
coprint（HT+start->lchild,HT）;
numb--;
fclose（TreePrint）;
}
}
voidTree_printing（HuffmanTreeHT,intw）{HuffmanTreep;p=HT+w;
cout<<"下面打印哈夫曼树"<cout<<"打印工作结束"<12、编写主函数
voidmain（）
{cout<cout<<"此程序实现哈夫曼编码解码功能"<charchoice;
while（choice!
='q'）
{cout<<"\n******************************"<cout<<"哈夫曼编码解码"<cout<<"******************************"<cout<<"（i）初始化哈夫曼表"<cout<<"（w）输入待编码的字符"<cout<<"（e）进行编码、译码、打印编码"<cout<<"（t）打印哈夫曼树"<cout<<"（q）离开"<if（flag==0）
{cout<<"\n请先初始化哈夫曼链表,输入'i'"<cout<<"（程序将从根目录下的abc.txt文件中读出26个字母及其权值并对字母进行编码）"<}
cin>>choice;
switch（choice）
{case'i':
Initialization（）;
break;
case'w':
InputCode（）;
break;
case'e':
Inputcoding（）;
Decoding（）;
Code_printing（）;
break;
case't':
Tree_printing（HT,2*n-1）;
break;
case'q':
break;
default:
cout<<"输入命令错误"<}
}
free（z）;
free（w）;
free（HT）;
}
四、调试分析
调试过程是漫长而磨人的，以下截取少数错误以供参考：
Compiling...
aa.cpp
E:
\我的课程设计\课程设计\aa.cpp（39）:
errorC2065:
'm':
undeclaredidentifier
E:
\我的课程设计\课程设计\aa.cpp（41）:
errorC2065:
'p':
undeclaredidentifier
E:
\我的课程设计\课程设计\aa.cpp（41）:
errorC2440:
'=':
cannotconvertfrom'HTNode*'to'int'
Thisconversionrequiresareinterpret_cast,aC-stylecastorfunction-stylecast
E:
\我的课程设计\课程设计\aa.cpp（42）:
errorC2227:
leftof'->weight'mustpointtoclass/struct/union
E:
\我的课程设计\课程设计\aa.cpp（43）:
errorC2227:
leftof'->parent'mustpointtoclass/struct/union
E:
\我的课程设计\课程设计\aa.cpp（44）:
errorC2227:
leftof'->lchild'mustpointtoclass/struct/union
E:
\我的课程设计\课程设计\aa.cpp（44）:
errorC2227:
leftof'->rchild'mustpointtoclass/struct/union
E:
\我的课程设计\课程设计\aa.cpp（46）:
errorC2227:
leftof'->parent'mustpointtoclass/struct/union
E:
\我的课程设计\课程设计\aa.cpp（48）:
errorC2065:
's1':
undeclaredidentifier
E:
\我的课程设计\课程设计\aa.cpp（48）:
errorC2065:
's2':
undeclaredidentifier
E:
\我的课程设计\课程设计\aa.cpp（55）:
errorC2065:
'cd':
undeclaredidentifier
E:
\我的课程设计\课程设计\aa.cpp（55）:
errorC2440:
'=':
cannotconvertfrom'char*'to'int'
Thisconversionrequiresareinterpret_cast,aC-stylecastorfunction-stylecast
E:
\我的课程设计\课程设计\aa.cpp（56）:
errorC2109:
subscriptrequiresarrayorpointertype
E:
\我的课程设计\课程设计\aa.cpp（56）:
errorC2106:
'=':
leftoperandmustbel-value
E:
\我的课程设计\课程设计\aa.cpp（59）:
errorC2065:
'start':
undeclaredidentifier
E:
\我的课程设计\课程设计\aa.cpp（60）:
errorC2065:
'c':
undeclaredidentifier
E:
\我的课程设计\课程设计\aa.cpp（60）:
errorC2065:
'f':
undeclaredidentifier
E:
\我的课程设计\课程设计\aa.cpp（63）:
errorC2109:
subscriptrequiresarrayorpointertype
E:
\我的课程设计\课程设计\aa.cpp（63）:
errorC2106:
'=':
leftoperandmustbel-value
E:
\我的课程设计\课程设计\aa.cpp（6
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