哈夫曼树的应用Word格式文档下载.docx
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2、本演示程序中，用户可以输入键盘中的任意字符，长度为任意长，字符输入顺序不限，且允许出现重码
3、演示程序以用户与计算机的对话方式执行，即在计算机终端上显示“提示信息”之后，由用户在键盘上输入演示程序中规定的运算命令，相应的输入数据（可虑去输入中的非法字符）和运算结果显示在其后。
4、本演示程序中，当用户选择的功能错误时，系统会输出相应的提示。
5、在本系统中，用户可以对任意长的字符串可进行编码/译码。
6、程序执行的命令包括：
1）初始化（I） 2）编码（E） 3）译码（D）
4）印代码文件（P） 5）印哈夫曼树（T） 6）退出（Q）
7、测试数据：
（二）、概要设计
为实现上述程序功能，应以指针存储结点。
为此，需要定义一个抽象数据类型。
1.抽象数据类型定义为：
ADTHuffmanTree{
数据对象：
D={ai|ai∈CharSet,i=1,2,……,n,n≥0}
数据关系：
R={<
ai-1,ai>
ai-1,ai∈D,ai-1基本操作P：
HuffmanTree（）;
构造函数
~HuffmanTree（）;
析构函数
Initialization（intWeightNum）;
操作结果：
构造哈夫曼树。
Encoder（）
初始条件：
哈夫曼树已存在或者哈夫曼树已存到文件中。
对字符串进行编码
Decoder（）;
哈夫曼树已存在且已编码。
对二进制串进行译码
Print（）
编码文件已存在。
把已保存好的编码文件显示在屏幕
TreePrinting（）
哈夫曼树已存在。
将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式显示在终端上
2.本程序包含三个模块：
1）主程序模块：
voidmain（）{
初始化；
do{
接受命令；
处理命令；
}while（“命令”=”退出”）
}
2）、建树模块——实现定义的抽象数据类型
3）、编/译码模块——实现字符串的编/译码
各模块之间的调用关系如下：
主程序模块
建树模块
编/译码模块
程序代码如下
//程序名：
HuffmanTree.h
//程序功能：
哈夫曼树类的头文件（并用其来实现编/译码）
//作者：
蔡丽敏
//日期：
2008.12.27
//版本：
1.0
//对应类实现文件:
HuffmanTree.cpp
//对应主程序文件:
main.cpp
1//程序名：
HuffmanTree.h
2//程序功能：
哈夫曼树类的头文件（并用其来实现编/译码）
3
4//对应类实现文件:
HuffmanTree.cpp
5//对应主程序文件:
main.cpp
6
7
8
9#include<
iostream>
10#include<
fstream>
11#include<
string>
12usingnamespacestd;
13structHuffmanNode//定义哈夫曼树各结点
14{
15intweight;
//存放结点的权值，假设只考虑处理权值为整数的情况
16intparent;
//记录结点父亲位置，-1表示为根结点，否则表示为非根结点
17intlchild,rchild;
//分别存放该结点的左、右孩子的所在单元的编号
18};
19classHuffmanTree//建立哈夫曼树类
20{
21private:
22HuffmanNode*Node;
//哈夫曼树中结点的存储结构
23char*Info;
//用来保存各字符信息
24intLeafNum;
//树中的叶子结点总数
25public:
26HuffmanTree（）;
//构造函数
27~HuffmanTree（）;
//析构函数
28voidInitialization（intWeightNum）;
//初始化函数：
根据WeightNum个权值建立一棵哈夫曼树
29voidEncoder（）;
//编码函数：
利用构造好的哈夫曼树对字符进行编码
30voidDecoder（）;
//译码函数：
对二进制串进行译码
31voidPrint（）;
//印文件函数：
把已保存好的编码文件显示在屏幕
32voidTreePrinting（）;
//印哈夫曼树函数：
将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式显示在终端上
33};
HuffmanTree.cpp
实现哈夫曼树类的源文件（并用其来实现编/译码）
蔡丽敏
1#include"
HuffmanTree.h"
2#include<
3usingnamespacestd;
45/**///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
6//构造函数
7//函数功能：
将结点指针初始化为NULL
8//函数参数：
无
9//参数返回值：
10HuffmanTree:
:
HuffmanTree（）
11{
12Node=NULL;
//将树结点初始化为空
13Info=NULL;
//将字符数组初始化为空
14LeafNum=0;
//将叶子数初始化为0
15}
16/**///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
17//析构函数
18//函数功能：
将所有结点的空间释放
19//函数参数：
20//参数返回值：
21HuffmanTree:
~HuffmanTree（）
22{
23delete[]Node;
//释放结点空间
24delete[]Info;
//释放字符存储空间
25}
26/**///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
27//初始化函数
28//函数功能：
从终端读入字符集大小n，以及n个字符和n个权值,
29//建立哈夫曼树,并将它存放在文件hfmTree中.
30//函数参数：
intWeightNum表示代码个数
31//参数返回值：
无
32voidHuffmanTree:
Initialization（intWeightNum）//初始化
33{
34inti,j,pos1,pos2,max1,max2;
//
35
36Node=newHuffmanNode[2*WeightNum-1];
//WeightNum权值对应的哈夫曼树中的结点总数为2*WeightNum-1个
37//Info=newchar[2*WeightNum-1];
38Info=newchar[WeightNum];
39for（i=0;
i<
WeightNum;
i++）
40{
41cout<
<
"
请输入第"
i+1<
个字符值"
;
42getchar（）;
//丢弃字符'
\t'
与'
\n'
43Info[i]=getchar（）;
//输入一个字符,主要是考虑输入空格而采用这种形式的
44//cin>
>
Info[i];
45getchar（）;
46cout<
请输入该字符的权值或频度"
47cin>
Node[i].weight;
//输入权值
48Node[i].parent=-1;
//为根结点
49Node[i].lchild=-1;
//无左孩子
50Node[i].rchild=-1;
//无右孩子
51}
52
53for（i=WeightNum;
2*WeightNum-1;
i++）//表示需做WeightNum-1次合并
54{
55pos1=-1;
56pos2=-1;
//分别用来存放当前最小值和次小值的所在单元编号
57max1=32767;
//32767为整型数的最大值
58max2=32767;
//分别用来存放当前找到的最小值和次小值
59
60for（j=0;
j<
i;
j++）//在跟节点中选出权值最小的两个
61if（Node[j].parent==-1）//是否为根结点
62if（Node[j].weight<
max1）//是否比最小值要小
63{
64max2=max1;
//原最小值变为次小值
65max1=Node[j].weight;
//存放最小值
66pos2=pos1;
//修改次小值所在单元编号
67pos1=j;
//修改最小值所在单元编号
68}
69else
70if（Node[j].weight<
max2）//比原最小值大但比原次小值要小
71{
72max2=Node[j].weight;
//存放次小值
73pos2=j;
//修改次小值所在的单元编号
74}
75//for
76Node[pos1].parent=i;
//修改父亲位置
77Node[pos2].parent=i;
78Node[i].lchild=pos1;
//修改儿子位置
79Node[i].rchild=pos2;
80Node[i].parent=-1;
//表示新结点应该是根结点
81Node[i].weight=Node[pos1].weight+Node[pos2].weight;
82}//for
83LeafNum=WeightNum;
84
85
86charch;
87cout<
是否要替换原来文件（Y/N）:
88cin>
ch;
89if（ch=='
y'
||ch=='
Y'
）
90{
91ofstreamfop;
//以二进制方式打开hfmTree.dat文件，并当重新运行时覆盖原文件
92fop.open（"
hfmTree.dat"
ios:
out|ios:
binary|ios:
trunc）;
93if（fop.fail（））//文件打开失败
94cout<
文件打开失败！
\n"
95fop.write（（char*）&
WeightNum,sizeof（WeightNum））;
//写入WeightNum
96for（i=0;
i++）//把各字符信息写入文件
97{
98fop.write（（char*）&
Info[i],sizeof（Info[i]））;
99flush（cout）;
100}
101for（i=0;
i++）//把个节点内容写入文件
102{
103fop.write（（char*）&
Node[i],sizeof（Node[i]））;
104flush（cout）;
105}
106fop.close（）;
//关闭文件
107}
108cout<
哈夫曼树已构造完成。
109}//Initialization
110
111/**///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
112//编码函数
113//函数功能：
利用已建立好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件hfmTree中读入），
114//对文件ToBeTran中的正文进行编码,然后将结果代码存（传输）到文件CodeFile中.
115//函数参数：
116//参数返回值：
117voidHuffmanTree:
Encoder（）
118{
119if（Node==NULL）//哈夫曼树不在内存，从文件hfmTree中读入
120{
121ifstreamfip;
//以二进制方式打开hfmTree.dat文件
122fip.open（"
in）;
123if（fip.fail（））//文件打开失败
124{
125cout<
126return;
//结束本函数
127}
128fip.read（（char*）&
LeafNum,sizeof（LeafNum））;
//读取叶子数
129Info=newchar[LeafNum];
130Node=newHuffmanNode[2*LeafNum-1];
131for（inti=0;
LeafNum;
i++）//读取字符信息
132fip.read（（char*）&
133for（i=0;
2*LeafNum-1;
i++）//读取结点信息
134fip.read（（char*）&
135}
136
137char*Tree;
//用于存储需编码内容
138inti=0,num;
139charChoose;
//让用户选择读取文件或重新输入需编码内容
140cout<
你要从文件中读取内容
（1），还是重新输入
（2）:
141cin>
Choose;
142if（Choose=='
1'
）//读取文件ToBeTran.txt
143{
144ifstreamfip1（"
ToBeTran.txt"
）;
145if（fip1.fail（））//文件不存在
146{
147cout<
文件打开失败!
148return;
149}
150charch;
151intk=0;
152while（fip1.get（ch））
153{
154k++;
//计算CodeFile中代码长度
155}
156fip1.close（）;
157
158Tree=newchar[k+1];
159ifstreamfip2（"
160
161k=0;
162while（fip2.get（ch））
163{
164Tree[k]=ch;
//读取文件内容，并存到Tree中
165k++;
166}
167fip2.close（）;
168Tree[k]='
\0'
//结束标志
169cout<
需编码内容为:
170cout<
Tree<
endl;
171}//if（Choose=='
172
173else//Choose!
='
重新输入
174{
175stringtree;
//用于输入需编码内容，由于string类对象可以输入任意长度，
176//所以先利用这个对象输入，再转存在Tree中
177
178cin.ignore（）;
179cout<
请输入需要编码的内容（可输入任意长，结束时请按2下回车）:
180getline（cin,tree,'
//输入任意长字符串，
181//getline以回车（'
）作为结束符，第一次按回车表示字符串结束，第二次按回车才开始输出。
182while（tree[i]!
183i++;
184num=i;
//计算tree长度
185i=0;
186Tree=newchar[num+1];
187while（tree[i]!
）//将tree中的字符转存到Tree中
188{
189Tree[i]=tree[i];
190i++;
191}
192Tree[i]='
//结束标志符
193}
194
195ofstreamfop（"
CodeFile.dat"
//存储编码后的代码,并覆盖原文件
196i=0;
197intk=0;
198char*code;
199code=newchar[LeafNum];
//为所产生编码分配容量为LeafNum的存储空间
200//因为不等长编码中最长的编码一定不会超过要求编码的字符个数
201while（Tree[k]!
）//对每一个字符编码
202{
203intj,start=0;
204for（i=0;
205if（Info[i]==Tree[k]）//求出该文字所在单元的编号
206break;
207j=i;
208while（Node[j].parent!
=-1）//结点j非树根
209{
210j=Node[j].parent;
//非结点j的双亲结点
211if（Node[j].lchild==i）//是左子树，则生成代码0
212code[start++]='
0'
213else//是右子树，则生成代码1
214code[start++]='
\
215i=j;
216}
217code[start]='
//置串结束符
218
219
220for（i=0;
start/2;
i++）//对二进制序列进行逆置
221{
222j=code[i];
223code[i]=code[start-i-1];
224code[start-i-1]=j;
225}
226i=0;
227while（code[i]!
）//存储代码
228{
229fop<
code[i];
230i++;
231}
232k++;
233}
234fop.close（）;
235cout<
已编码！
且存到文件CodeFile.dat中！
\n\n"
236}//Encode
237
238/**///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
239//译码函数
240//函数功能：
利用已建好的哈夫曼树,对传输到达的CodeFile中的数据代码进行译码,
241//将译码结果存入文件Te
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