赫夫曼树的实现数据结构实验报告.docx
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赫夫曼树的实现数据结构实验报告
软件学院设计性实验报告
专业：
.NET年级/班级：
2012—2013学年第一学期
课程名称
数据结构
指导教师
本组成员
学号姓名
实验地点
实验时间
第十二、十三、十四周
项目名称
哈夫曼编/译码系统的设计与实现
实验类型
设计性
1．问题描述：
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（解码）。
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设计一个哈夫曼编/译码系统。
2．一个完整的系统应具有以下功能：
1）初始化（Initialzation）。
从数据文件DataFile.data中读入字符及每个字符的权值，建立哈夫曼树HuffTree；
2）编码（EnCoding）。
用已建好的哈夫曼树，对文件ToBeTran.data中的文本进行编码形成报文，将报文写在文件Code.txt中；
3）译码（Decoding）。
利用已建好的哈夫曼树，对文件CodeFile.data中的代码进行解码形成原文，结果存入文件Textfile.txt中；
4）输出（Output）:
输出DataFile.data中出现的字符以及各字符出现的频度（或概率）；输出ToBeTran.data及其报文Code.txt；输出CodeFile.data及其原文Textfile.txt；
要求：
所设计的系统应能在程序执行的过程中，根据实际情况（不同的输入）建立DataFile.data、ToBeTran.data和CodeFile.data三个文件，以保证系统的通用性。
一、实验目的
1、掌握哈夫曼编码原理；
2、熟练掌握哈夫曼树的生成方法；
3、理解数据编码压缩和译码输出编码的实现。
二、实验要求
实现哈夫曼编码和译码的生成算法。
三、实验内容
先统计要压缩编码的文件中的字符字母出现的次数，按字符字母和空格出现的概率对其进行哈夫曼编码，然后读入要编码的文件，编码后存入另一个文件；接着再调出编码后的文件，并对其进行译码输出，最后存入另一个文件中。
四、实验原理
1、哈夫曼树的定义：
假设有n个权值，试构造一颗有n个叶子节点的二叉树，每个叶子带权值为wi，其中树带权路径最小的二叉树成为哈夫曼树或者最优二叉树；
2、哈夫曼树的构造：
weight为输入的频率数组，把其中的值赋给依次建立的HTNode对象中的data属性，即每一个HTNode对应一个输入的频率。
然后根据data属性按从小到大顺序排序，每次从data取出两个最小和此次小的HTNode，将他们的data相加，构造出新的HTNode作为他们的父节点，指针parent，leftchild，rightchild赋相应值。
在把这个新的节点插入最小堆。
按此步骤可以构造构造出一棵哈夫曼树。
通过已经构造出的哈夫曼树，自底向上，由频率节点开始向上寻找parent,直到parent为树的顶点为止。
这样，根据每次向上搜索后，原节点为父节点的左孩子还是右孩子，来记录1或0，这样，每个频率都会有一个01编码与之唯一对应，并且任何编码没有前部分是同其他完整编码一样的。
五、实验流程
1 初始化，统计文本文件中各字符的个数作为权值,生成哈夫曼树；
2 根据符号概率的大小按由大到小顺序对符号进行排序；
3 把概率最小的两个符号组成一个节点；
4 重复步骤
（2）（3），直到概率和为1；
5 从根节点开始到相应于每个符号的“树叶”，概率大的标“0”，概率小的标“1”；
6 从根节点开始，对符号进行编码；
7 译码时流程逆向进行，从文件中读出哈夫曼树,并利用哈夫曼树将编码序列解码。
六、实验程序
数据结构：
下面是编译码系统中所用的数据结构。
在这个系统中，哈夫曼树的存储结构采用顺序存储；其结点结构为：
程序中用到的头文件、类型定义及主要的函数原型如下：
#include
#include
#include
#include
typedefstruct
{
unsignedintweight;
unsignedintparent,lchild,rchild;
unsignedcharch;
}HTNode,*HuffmanTree;//动态分配数组存储赫夫曼树
typedefchar**HuffmanCode;//动态分配数组存储赫夫曼编码表
charstr[9]={'','a','b','c','d','e','f','g','h'};
intm;
voidSelect（HuffmanTree&HT,inti,int&s1,int&s2）
{
intj,min1,min2;
for（j=1;j<=i;j++）
if（HT[j].parent==0）
if（HT[j].weight{
if（s1>=s2）
{s1=HT[j].weight;min1=j;}
else
{s2=HT[j].weight;min2=j;}
}
s1=min1;
s2=min2;
}
voidPrint1（HuffmanTreeHT）
{
inti;
printf（"建立好的赫夫曼树的存储情况：
\n"）;
printf（"存储单元字符权值双亲左孩子右孩子\n"）;
for（i=1;i<=m;i++）
printf（"%-4d%c%-4d%-4d%d%d\n",i,HT[i].ch,HT[i].weight,HT[i].parent,HT[i].lchild,HT[i].rchild）;
}
voidPrint2（HuffmanCodeHC）
{
inti;
printf（"各个字符的编码如下：
\n"）;
for（i=1;i<=8;i++）
printf（"%c的编码：
%s\n",str[i],HC[i]）;
}
voidInitialzation（int*w）
{
FILE*fp;
chara;
inti;
intn=0;
if（（fp=fopen（"DataFile.data","wb"））==NULL）
{
printf（"cannotopenflie\n"）;
return;
}
printf（"请输入数据字符（a-h）以#结束:
\n"）;
a=getchar（）;
for（i=0;a!
='#';i++）
{
fprintf（fp,"%c",a）;n++;
switch（a）
{
case'a':
w[1]++;break;
case'b':
w[2]++;break;
case'c':
w[3]++;break;
case'd':
w[4]++;break;
case'e':
w[5]++;break;
case'f':
w[6]++;break;
case'g':
w[7]++;break;
case'h':
w[8]++;
}
a=getchar（）;
}
fclose（fp）;
printf（"输入的字符及其权值：
\n"）;
for（i=1;i<=8;i++）
printf（"<%c,%d>",str[i],w[i]）;
printf（"\n"）;
}
voidEnCoding（HuffmanCodeHC）
{
printf（"原文为：
\n"）;
chars[100],a;
inti,n=0;
a=getchar（）;
for（i=0;a!
='#';i++）
{
s[i]=a;
n++;
a=getchar（）;
}
printf（"报文为：
\n"）;
for（i=0;i{
switch（s[i]）
{
case'a':
printf（"%s",HC[1]）;break;
case'b':
printf（"%s",HC[2]）;break;
case'c':
printf（"%s",HC[3]）;break;;
case'd':
printf（"%s",HC[4]）;break;;
case'e':
printf（"%s",HC[5]）;break;;
case'f':
printf（"%s",HC[6]）;break;;
case'g':
printf（"%s",HC[7]）;break;;
case'h':
printf（"%s",HC[8]）;
}
}
printf（"\n"）;
}
voidDe（HuffmanTreeHT）
{
printf（"报文为：
\n"）;
chars[100],a;
inti,j,n=0;
a=getchar（）;
for（i=0;a!
='#';i++）
{
s[i]=a;n++;
a=getchar（）;
}
for（i=1;i<=m;i++）
if（HT[i].parent==0）j=i;
HT[0]=HT[j];
printf（"译文为：
\n"）;
for（i=0;iif（HT[0].lchild!
=NULL&&HT[0].rchild!
=NULL）
{
if（s[i]=='0'）HT[0]=HT[HT[0].lchild];
if（s[i]=='1'）HT[0]=HT[HT[0].rchild];
}
else
{
printf（"%c",HT[0].ch）;
HT[0]=HT[j];
i--;
}
printf（"%c\n",HT[0].ch）;
}
voidHuffmanCoding（HuffmanTree&HT,HuffmanCode&HC,int*w）
{
//w存放n个字符的权值（均>0），构造赫夫曼树HT，并求出n个字符的赫夫曼编码HC
inti,start,c,f;
intn=8;
ints1,s2;
HuffmanTreep;
char*cd;
if（n<=1）return;
m=2*n-1;
HT=（HuffmanTree）malloc（（m+1）*sizeof（HTNode））;//0号单元未用
for（i=1,p=HT+1,w=w+1;i<=n;i++,p++,w++）
{
p->weight=*w;
p->parent=0;
p->lchild=0;
p->rchild=0;
p->ch=str[i];
}
for（;i<=m;i++）
{
p->weight=0;
p->parent=0;
p->lchild=0;
p->rchild=0;
p->ch='';
p++;
}
printf（"初始化后的赫夫曼树的存储情况：
\n"）;
printf（"存储单元字符权值双亲左孩子右孩子\n"）;
for（i=1;i<=m;i++）
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