数据结构课程设计报告HuffMan编码器Word文档格式.docx
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（3）在程序的一次执行过程中，第一次执行I，D或C命令之后，哈夫曼树已经在内存了，不必再读入。
每次执行中不一定执行I命令，因为文件hfmTree可能早已建好。
三．概要设计（设计思想、实现方法、模块设计）
哈夫曼编码是一种效率比较高的变长无失真信源编码方法，它的平均码长最短，因此是最佳编码。
我采用二进制哈夫曼编码。
1．设计思想
a、原理：
构造一个码树。
b、编码步骤：
（1）将信源符号按概率从大到小的顺序排列，为方便起见，令p（x1）≥p（x2）≥…≥p（xn）。
（2）对概率最小的两个信源符号求其概率之和，同时给两个符号分别赋予码元“0
”和“1”。
将“概率之和”当作一个新符号的概率，与剩下符号的概率一起，形成一个缩减信源，结果得到一个只包含（n－1）个信源符号的新信源，称为信源的第一次缩减信源,用S1表示。
（3）将缩减信源S1的符号仍按概率从大到小的顺序排列，重复步骤2，得到只含（
n－2）个符号的缩减信源S2。
（4）重复上述步骤，直至缩减信源只剩下两个符号为止，此时所剩两个符号的概率之和必为1。
（5）按上述步骤实际上构造了一个码树，从树根到端点经过的树枝即为码字。
2．实现方法
第一，哈夫曼编码实际上构造了一个码树，码树从最上层的端点开始构造，直到树根束，最后得到一个横放的码树，因此，编出的码是即时码。
第二，哈夫曼编码采用概率匹配方法来决定各码字的码长，概率大的符号对应于短码，概率小的符号对应于长码，从而使平均码长最小。
第三，每次对概率最小的两个符号求概率之和形成缩减信源时，就构造出两个树枝，
由于给两个树枝赋码元时是任意的，因此编出的码字并不惟一。
3．模块设计
1．进入的操作界面：
（图一）
2．输入字符串，及编码结果
（图二）
3．统计不同字符数及带权路径长度
（图三）
4．各字符编码明细
（图四）
四．详细设计（数据结构设计、算法设计、算法分析）
（一）数据结构设计
1）结点类型：
//huffcode.cpp
typedefstructHaffmanTreeNode{
charch,code[15];
intweight;
intparent,lchild,rchild;
}HTNode,*HaTree;
typedefstruct{
HTNodearr[MAX_NODE];
inttotal;
}HTree;
2）基本操作：
intstatistic_char（char*text,HTree*t）;
intcreate_htree（HTree*t）;
voidcoding（HTree*t,inthead_i,char*code）;
voidprint_htree_ldr（HTree*t,inthead_i,intdeep,int*path）;
voidcode_string（char*text,HTree*t,char*codes）;
（二）算法设计
在哈夫曼编码过程中，对缩减信源符号按概率由大到小的顺序重新排列时，应使合并后的新符号尽可能排在靠前的位置，这样可使合并后的新符号重复编码次数减少，使短码得到充分利用。
（三）算法分析
（1）有效的信源编码可取得较好的冗余压缩效果。
（2）有效的信源编码可使输出码元概率均匀化。
4．测试数据及测试结果
1．输入简短英文字符串：
（图五）
2．输入数字英文混合串：
（图六）
3．混合串：
（图七）
4．输入复杂无规则长串：
（图八）
本次程序设计使我不仅深化理解了教学内容，进一步提高灵活运用数据结构、算法和程序设计技术的能力，而且在总体分析、总体结构设计、算法设计、程序设计、上机操作及程序调试等基本技能方面受到了综合训练。
本次实验我选择Huffman编译码器的课题。
帮助我深入研究树的各种存储结构的特性及其应用。
由于课程设计着眼于原理与应用的结合，使我学会把书本上和课堂上学到的知识用于解决实际问题，从而培养了一部分计算机软件工作所需要的动手能力。
我通过对Huffman编译码原理的学习，再通过分析、设计、编码、调试等各环节，实现了Huffman编译码器的数据实现和界面实现。
在Huffman编译码器数据结构的算法设计中我同时用到了多种技术和方法，如算法设计的构思方法，算法的编码，递归技术，与二叉树和树相关的技术等。
从而帮助我深入学习研究了树的各种存储结构的特性及其应用。
为了实现界面友好的要求，我决定采用MFC的界面操作，所以必须以C++为基本语言，但是由于学习数据结构课程是基于PASCAL，实验数据结构部分设计遇到一些语法冲突。
但是通过课程实践学习，我又开始熟悉C++的编程环境，从而实现了在不同语言上数据结构思想的统一。
此次课程设计并没有划定具体题目，包括算法需求都由我们度量，思路开阔。
我始终和同学探讨并独立研究新的功能的实现。
通过尝试来学习，通过实践去理解。
当然，通过多天来的上机实践，我获取了一些心得：
一．充分准备。
由于课题宽泛，很多同学去网上下了界面优良的源程序。
相对而言在DOS下编程的我开始时很焦急，不知如何实现界面友好。
准备充分是很重要的，为了实现MFC，我重新学习了C++语言。
二．冷静，耐心投入。
集中精力地编程，不被外界影响，使自己的思路始终连贯不被打断。
对待每一个错误，都要仔细分析，太过焦急，不仅不能及时的改正错误，还对后面的编程造成影响。
三．要有一种坚持不懈的毅力，不管自己的程序多么复杂，多么冗长，要坚持不懈的去完成。
冷静思考。
四．要对自己有信心，出错是必然的。
“屡战屡败，屡败屡战”，不怕受挫的心理承受能力和从零开始的决心是走向成功的必要条件。
五．学会与别人学习讨论，但不依赖别人，可以通过借鉴思路从而创新，但决不照搬别人的东西。
通过查找资料，我发现我们做Huffman编码和解码时，一般都要在内存通过指针生成Huffman树，这是一个比较费时间、费空间的过程。
实际上，真正的Huffman编码程序经常使用其他更快的数据结构来完成树的生成，如散列等。
所以我的课题有待继续学习研究。
•用户手册/使用说明
（图九）
1．在此处输入要编码的字符串，点击进行编码。
2．再次输入时再点击可成功使用，不会受之前结果影响。
•附录（源程序清单）
//C编写的源代码，原来含有writef（）以及printf（）,但由于最终用MFC界面实现，故删去，只作为一
//些功能子函数被MFC的对话框类调用。
//另外，对于类型申明等已包含于头文件。
#include"
stdafx.h"
huffcode.h"
/*统计字符出现的频率*/
intstatistic_char（char*text,HTree*t）{
inti,j;
inttext_len=strlen（text）;
t->
total=0;
for（i=0;
i<
text_len;
i++）
{
for（j=0;
j<
t->
total;
j++）
if（t->
arr[j].ch==text[i]）
arr[j].weight++;
break;
}
if（j==t->
total）{
arr[t->
total].ch=text[i];
total].weight=1;
total++;
returnt->
}
intcreate_htree（HTree*t）
{
inti;
inttotal_node=t->
total*2-1;
intmin1,min2;
/*权最小的两个结点*/
intmin1_i,min2_i;
/*权最小结点对应的编号*/
intleaves=t->
leaves;
i++）{
arr[i].parent=-1;
arr[i].rchild=-1;
arr[i].lchild=-1;
while（t->
total<
total_node）{
min1=min2=MAX_WEIGHT;
i++）{/*对每一个结点*/
if（t->
arr[i].parent==-1/*结点没有被合并*/
&
&
arr[i].weight<
min2）{/*结点的权比最小权小*/
min1）{/*如果它比最小的结点还小*/
min2_i=min1_i;
min2=min1;
min1_i=i;
min1=t->
arr[i].weight;
else
min2_i=i;
min2=t->
total].weight=min1+min2;
total].parent=-1;
arr[min1_i].parent=t->
arr[min2_i].parent=t->
total].ch='
'
;
return0;
/*对哈夫曼树进行编码*/
voidcoding（HTree*t,inthead_i,char*code）
if（head_i==-1）return;
arr[head_i].lchild==-1&
arr[head_i].rchild==-1）{
strcpy（t->
arr[head_i].code,code）;
/}
else{
intlen=strlen（code）;
strcat（code,"
0"
）;
coding（t,t->
arr[head_i].lchild,code）;
code[len]='
1'
arr[head_i].rchild,code）;
\0'
/*对字符进行编码*/
voidcode_string（char*text,HTree*t,char*codes）
inti,j,text_len=strlen（text）;
intn=0;
charch=text[i];
j++）if（ch==t->
arr[j].ch）{
strcat（codes,t->
arr[j].code）;
break;
//DlgString.cpp
//作为执行文件，通过MFC的可视化界面实现HuffMan编译码器
iostream.h"
string.h"
math.h"
HUFFMANTREE.h"
DlgString.h"
#ifdef_DEBUG
#definenewDEBUG_NEW
#undefTHIS_FILE
staticcharTHIS_FILE[]=__FILE__;
#endif
CDlgString:
:
CDlgString（CWnd*pParent/*=NULL*/）
:
CDialog（CDlgString:
IDD,pParent）
//{{AFX_DATA_INIT（CDlgString）
m_inStr=_T（"
"
m_outstr=_T（"
m_wpl=_T（"
m_number=_T（"
//}}AFX_DATA_INIT
voidCDlgString:
DoDataExchange（CDataExchange*pDX）
CDialog:
DoDataExchange（pDX）;
//{{AFX_DATA_MAP（CDlgString）
DDX_Control（pDX,IDC_LIST1,m_chars）;
DDX_Text（pDX,IDC_EDIT_STR,m_inStr）;
DDX_Text（pDX,IDC_STATIC_OUT,m_outstr）;
DDX_Text（pDX,IDC_STATIC_WPL,m_wpl）;
DDX_Text（pDX,IDC_STATIC_NUM,m_number）;
//}}AFX_DATA_MAP
BEGIN_MESSAGE_MAP（CDlgString,CDialog）
//{{AFX_MSG_MAP（CDlgString）
ON_NOTIFY（NM_CLICK,IDC_LIST1,OnClickList1）
//}}AFX_MSG_MAP
END_MESSAGE_MAP（）
//CDlgStringmessagehandlers
OnOK（）
UpdateData（true）;
//TODO:
Addextravalidationhere
m_chars.DeleteAllItems（）;
CBrushbrush（RGB（225,30,100））;
CClientDCdc（this）;
dc.FillRect（CRect（630,10,1050,280）,&
brush）;
//清屏
inti,ci,n,nn,wpl,len;
intx,y,h;
HTreet;
m_outstr=_T（"
intpath[16]={0};
charcode[128]="
charcodes[128]="
CStringstr;
chartext[128];
strcpy（text,m_inStr）;
n=statistic_char（text,&
t）;
//n用于存储叶子个数
h=（int）（log（n）/log
（2）+1）;
create_htree（&
//建树
coding（&
t,t.total-1,code）;
//编码
UpdateData（TRUE）;
wpl=0;
for（ci=1;
ci<
=n;
ci++）
{
CClientDC*pdc=newCClientDC（this）;
CPenpen;
pen.CreatePen（PS_SOLID,1,RGB（225,250,250））;
CPen*oldpen=（CPen*）pdc->
SelectObject（&
pen）;
//建笔
x=800;
y=20;
//原始坐标设定
pdc->
MoveTo（x,y）;
//每次路径都从同一源点开始
str.Format（_T（"
%c"
）,t.arr[ci-1].ch）;
/*对n个叶子的明细输入列表*/
nn=m_chars.InsertItem（m_chars.GetItemCount（）,str）;
str.Format（_T（"
%s"
）,t.arr[ci-1].code）;
m_chars.SetItemText（nn,1,str）;
str.Format（_T（"
%d"
）,t.arr[ci-1].weight）;
m_chars.SetItemText（nn,2,str）;
len=strlen（t.arr[ci-1].code）;
）,len）;
m_chars.SetItemText（nn,3,str）;
wpl+=t.arr[ci-1].weight*len;
for（i=0;
i<
len;
i++）/*对n个叶子的编码路径画图，此处循环完成一个叶子的路径*/
{
y=y+50;
if（t.arr[ci-1].code[i]=='
0'
）//向左
{
x=x-8*（h-i+1）;
pdc->
LineTo（x,y）;
if（i==len-1）{
str.Format（_T（"
pdc->
TextOut（x,y+10,str）;
}
elseif（t.arr[ci-1].code[i]=='
）
{//向右
x=x+8*（h-i+1）;
}
}
}
）,wpl）;
m_wpl=str;
//在对话框上显示最短带权路径
）,n）;
m_number=str;
//在对话框上显示不同的编码字符总数
UpdateData（false）;
code_string（text,&
t,codes）;
）,codes）;
m_outstr=str;
//在对话框上输出对应于输入字符串的编码结果
OnClickList1（NMHDR*pNMHDR,LRESULT*pResult）
//TODO:
Addyourcontrolnotificationhandlercodehere
*pResult=0;
BOOLCDlgString:
OnInitDialog（）//列表初始化
OnInitDialog（）;
m_font.CreateFont（17,0,0,0,FW_BLACK,0,0,0,
DEFAULT_CHARSET,OUT_CHARACTER_PRECIS,CLIP_CHARACTER_PRECIS,
DEFAULT_QUALITY,DEFAULT_PITCH|FF_DONTCARE,"
CourierNew"
m_chars.SetFont（&
m_font）;
m_chars.SetExtendedStyle（LVS_EX_FULLROWSELECT|LVS_EX_GRIDLINES）;
m_chars.SetBkColor（RGB（100,000,100））;
m_chars.SetTextColor（RGB（255,255,255））;
m_chars.SetTextBkColor（RGB（150,010,200））;
m_chars.InsertColumn（0,"
字符"
LVCFMT_CENTER,50）;
m_chars.InsertColumn（1,"
编码"
LVCFMT_CENTER,100）;
m_chars.InsertColumn（2,"
频度（权）"
LVCFMT_LEFT,95）;
m_chars.InsertColumn（3,"
路径长度"
returnTRUE;
//returnTRUEunlessyousetthefocustoacon
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