数据结构课程设计哈夫曼编码要点Word文件下载.docx
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问题描述：
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码的编译码系统。
具体要求：
1）初始化：
键盘输入字符集大小n及n个字符和m个权值，建立哈夫曼树，并将它存于文件hfmtree中。
2）编码：
利用建好的哈夫曼树，对文件tobetrans中的正文进行编码，然后将结果存入文件codefile中。
3）解码：
利用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）打印代码文件：
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。
5）打印哈夫曼树：
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。
6）设字符集及频度如下表：
字符
空格
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
频度
186
64
23
22
32
103
21
15
47
57
1
5
20
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z
56
19
2
50
51
55
30
10
11
3系统设计
（1）设计思路及方案
本课题是用最优二叉树即哈夫曼树来实现哈夫曼编码译码器的功能。
假设每种字符在电文中出现的次数为Wi，编码长度为Li，电文中有n种字符，则电文编码总长度为（W1*L1）+（W2*L2）+…+（Wi*Li）。
若将此对应到二叉树上，Wi为叶结点，Li为根结点到叶结点的路径长度。
那么，（W1*L1）+（W2*L2）+…+（Wi*Li）恰好为二叉树上带权路径长度。
因此，设计电文总长最短的二进制前缀编码，就是以n种字符出现的频率作权，构造一棵哈夫曼树，此构造过程称为哈夫曼编码。
该系统将实现以下几大功能：
从硬盘读取字符串，建立哈夫曼树，输出哈夫曼树的存储结构的初态和终态，输出各种字符出现的次数以及哈夫曼编码的译码等。
（2）模块的设计及介绍
①从硬盘读取字符串
fileopen（参数）
{
实现命令；
打印输出；
}
②建立HuffmanTree
通过三个函数来实现：
voidselect（参数）
初始化；
for
{
接受命令；
处理命令；
说明：
在ht[1....k]中选择parent为0且权值最小的两个根结点的算法
intjsq（参数）
}
统计字符串中各种字母的个数以及字符的种类
voidChuffmanTree（）
输出字符统计情况；
构造哈夫曼树
③输出哈夫曼树的存储结构的初态和终态
分别调用print1（）和print2（）来实现
voidprint1（参数）
输出初态；
输出哈夫曼树的初态
voidprint2（参数）
输出终态；
输出哈夫曼树的终态
④哈夫曼编码和译码
voidHuffmanEncoding（参数）
定义变量；
{
哈夫曼编码
char*decode（参数）
while
接受命令；
处理命令；
哈夫曼译码
（3）主要模块程序流程图
下面介绍三个主要的程序模块流程图：
①主函数流程图：
图3.1
流程图注释：
该图比较简单，主要是调用各个函数模块，首先代开已经存在的文件，然后统计总的字符数以及出现的各个字符和频率。
然后才开始建立哈夫曼树，接着在哈夫曼树的基础上对其进行编码，编码之后才是译码。
最后输出结束。
②构造哈夫曼树：
图3.2
该图是表示构造哈夫曼树的过程。
首先输入num个叶结点的权值，当i=num是循环结束。
然后进行哈夫曼树的构建，当i=2*num-1是循环结束。
最后输出所得到的字符统计情况。
③哈夫曼编码：
图3.3
流程图解释：
该流程图表四哈夫曼编码情况。
首先初始化，Cd[--start]=0,start=num。
然后进行
编码，使用了一个三目运算符。
cd[--start]=（T[p].lchild==c）?
'
0'
:
1'
，即当cd[--start]=T[p].lchild==c时，cd[--start]=0；
当cd[--start]=T[p].lchild！
==c时，cd[--start]=1。
这个编码循环一直到i=num时结束。
4系统实现
各模块关键代码及算法的解释：
（1）主调函数
代码解释：
这是main函数里的各个函数调用情况。
fileopen（string）;
//从硬盘中读取文件
num=jsq（string,cnt,str）;
//统计字符种类及各类字符出现的频率
DhuffmanTree（HT,cnt,str）;
printf（"
HuffmanTree的初态:
\n"
）;
print1（HT）;
//输出哈夫曼树的初态
ChuffmanTree（HT,HC,cnt,str）;
//建立哈夫曼树
HuffmanEncoding（HT,HC）;
//生成哈夫曼编码
HuffmanTree的终态:
print2（HT）;
//输出哈夫曼树的终态
s=decode（HC）;
//读编码文件译码
译码后的字符串:
%s\n"
s）;
//输出译码后的字符串
（2）建立HuffmanTree
代码解释：
该函数为在ht[1....k]中选择parent为0且权值最小的两个根结点的算法，其序号为s1和s2。
voidselect（HuffmanTreeT,intk,int&
s1,int&
s2）
inti,j;
intmin1=101;
for（i=1;
i<
=k;
i++）
if（T[i].weight<
min1&
&
T[i].parent==0）
{
j=i;
min1=T[i].weight;
}
s1=j;
min1=32767;
for（i=1;
if（T[i].weight<
T[i].parent==0&
i!
=s1）
{
j=i;
}
s2=j;
下面函数用来统计字符串中各种字母的个数以及字符的种类。
当字符在A和Z之间时即被计数，并用str[j]保存字母到数组中，用cnt[j]统计每种字符个数。
j返回总共读取的字符数目。
intjsq（char*s,intcnt[],charstr[]）
inti,j,k;
char*p;
inttemp[27];
=26;
temp[i]=0;
for（p=s;
*p!
='
\0'
;
p++）
{
if（*p>
A'
*p<
Z'
）
k=*p-64;
temp[k]++;
}//统计各种字符的个数
for（i=1,j=0;
++i）
if（temp[i]!
=0）
j++;
str[j]=i+64;
//送对应的字母到数组中
cnt[j]=temp[i];
//存入对应字母的权值
}
returnj;
//j是输入字母总数
下面函数用来构造哈夫曼树HT。
首先初始化哈夫曼树，然后输入前面统计的各结点的权值，用for循环来构造哈夫曼树。
voidChuffmanTree（HuffmanTreeHT,HuffmanCodeHC,intcnt[],charstr[]）
inti,s1,s2;
for（i=1;
=2*num-1;
i++）//初始化HT，2*num-1是指哈夫曼
//所有的结点数目
{
HT[i].lchild=0;
HT[i].rchild=0;
HT[i].parent=0;
HT[i].weight=0;
}
=num;
i++）//输入num个叶结点的权值
HT[i].weight=cnt[i];
for（i=num+1;
select（HT,i-1,s1,s2）;
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;
//在ht[1....k]中选择parent为0且权值最小
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