哈夫曼编译码器课程设计报告材料完整版.docx
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哈夫曼编译码器课程设计报告材料完整版
XXX学院本科
数据结构课程设计总结报告
设计题目:
实验一、哈夫曼编/译码器
学生姓名:
XXX
系别:
XXX
专业:
XXX
班级:
XXX
学号:
XXX
指导教师:
XXXXXX
2012年6月21日
xxx学院
课程设计任务书
题目一、赫夫曼编译码器
专业、班级xxx
学号xxx姓名xxx
主要内容、基本要求、主要参考资料等:
1.主要内容
利用哈夫曼编码进行信息通信可大大提高信道利用率,缩短信息传输时间,降低传输成本。
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(既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的编/译码系统。
2.基本要求
系统应具有以下功能:
(1)C:
编码(Coding)。
对文件tobetrans中的正文进行编码,然后将结果存入文件codefile中,将以此建好的哈夫曼树存入文件HuffmanTree中
(2)D:
解码(Decoding)。
利用已建好的哈夫曼树将文件codefile中的代码进行译码,结果存入textfile中。
(3)P:
打印代码文件(Print)。
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。
(4)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treeprint中。
3.参考资料:
数据结构(C语言版)严蔚敏、吴伟民编著;
数据结构标准教程胡超、闫宝玉编著
完成期限:
2012年6月21日
指导教师签名:
课程负责人签名:
2012年6月21日
一、设计题目(任选其一)
实验一、哈夫曼编/译码器
二、实验目的
1巩固和加深对数据结构的理解,提高综合运用本课程所学知识的能力;
2深化对算法课程中基本概念、理论和方法的理解;
3巩固构造赫夫曼树的算法;
4设计试验用程序实验赫夫曼树的构造。
三、运行环境(软、硬件环境)
Windowsxpsp3,VisualC++6.0英文版
四、算法设计的思想
(1)初始化赫夫曼树,输入文件tobetrans.txt中各字符及其权值,并保存于hfmtree.txt文件中
(2)编码(Coding)。
对文件tobetrans中的正文进行编码,然后将结果存入文件codefile中
(3)D:
解码(Decoding)。
利用已建好的哈夫曼树将文件codefile中的代码进行译码,结果存入textfile中。
(4)P:
打印代码文件(Print)。
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)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。
五、流程图
六、算法设计分析
1.赫夫曼树节点的数据类型定义为:
typedefstruct{//赫夫曼树的结构体
charch;
intweight;//权值
intparent,lchild,rchild;
}HTNode,*HuffmanTree;
2.voidHuffmanCoding(HuffmanTree&,char*,int*,int);建立赫夫曼树的算法,此函数块调用了Select()函数。
voidselect(HuffmanTreeHT,intj,int*x,int*y);从已建好的赫夫曼树中选择parent为0,weight最小的两个结点。
3.利用已建好的哈夫曼树从文件hfmtree.txt中读入,对文件中的正文进行编码,然后将结果存入文件codefile.txt中。
4.coding
编码功能:
对输入字符进行编码
5.Decoding
译码功能:
利用已建好的哈夫曼树将文件codefile.txt中的代码进行译码,结果存入文件textfile.txt中。
6.Print()打印功能函数:
输出哈夫曼树以及对应的编码。
七、源代码
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
#include
#include
#include
//定义赫夫曼树结点的结构体
typedefstruct{
charch;//增加一个域,存放该节点的字符
intweight;
intparent,lchild,rchild;
}HTNode,*HuffmanTree;
typedefchar**HuffmanCode;//指向赫夫曼编码的指针
voidtips();//打印操作选择界面
voidHuffmanCoding(HuffmanTree&,char*,int*,int);//建立赫夫曼树的算法
voidselect(HuffmanTreeHT,intj,int*x,int*y);//从已建好的赫夫曼树中选择parent为0,weight最小的两个结点
voidInit();
voidCoding();//编码
voidDecoding();//译码
voidPrint_code();//打印译码好的代码
voidPrint_tree();//打印哈夫曼树
intRead_tree(HuffmanTree&);//从文件中读入赫夫曼树
voidfind(HuffmanTree&HT,char*code,char*text,inti,intm);//译码时根据01字符串寻找相应叶子节点的递归算法
voidConvert_tree(unsignedcharT[100][100],ints,int*i,intj);//将内存中的赫夫曼树转换成凹凸表形式的赫夫曼树
HuffmanTreeHT;//全局变量
intn=0;//全局变量,存放赫夫曼树叶子结点的数目
intmain()
{
charselect;
while
(1)
{
tips();
scanf("%c",&select);
switch(select)//选择操作,根据不同的序号选择不同的操作
{
case'1':
Init();
break;
case'2':
Coding();
break;
case'3':
Decoding();
break;
case'4':
Print_code();
break;
case'5':
Print_tree();
break;
case'0':
exit
(1);
default:
printf("Inputerror!
\n");
}
getchar();
}
return0;
}
voidtips()//操作选择界面
{
printf("-----------------------------------------------------\n");
printf("--请选择操作--\n");
printf("-----------------------------------------------------\n");
printf("\n");
printf("---------------------1初始化赫夫曼树---------------\n");
printf("---------------------2编码---------------\n");
printf("---------------------3译码---------------\n");
printf("---------------------4打印代码文件---------------\n");
printf("---------------------5打印赫夫曼树---------------\n");
printf("---------------------0退出---------------\n");
printf("-----------------------------------------------------\n");
}
//初始化函数,输入n个字符及其对应的权值,根据权值建立哈夫曼树,并将其存于文件hfmtree中
voidInit()
{
FILE*fp;
inti,n,w[52];//数组存放字符的权值
charcharacter[52];//存放n个字符
printf("\n输入字符个数n:
");
scanf("%d",&n);//输入字符集大小
printf("输入%d个字符及其对应的权值:
\n",n);
for(i=0;i{
charb=getchar();
scanf("%c",&character[i]);
scanf("%d",&w[i]);//输入n个字符和对应的权值
}
HuffmanCoding(HT,character,w,n);//建立赫夫曼树
if((fp=fopen("hfmtree.txt","w"))==NULL)
printf("Openfilehfmtree.txterror!
\n");
for(i=1;i<=2*n-1;i++)
{
if(fwrite(&HT[i],sizeof(HTNode),1,fp)!
=1)//将建立的赫夫曼树存入文件hfmtree.txt中
printf("Filewriteerror!
\n");
}
printf("\n赫夫曼树建立成功,并已存于文件hfmtree.txt中\n");
fclose(fp);
}
//建立赫夫曼树的算法
voidHuffmanCoding(HuffmanTree&HT,char*character,int*w,intn)
{
intm,i,x,y;
HuffmanTreep;
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,++character,++w)
{p->ch=*character;p->weight=*w;p->parent=0;p->lchild=0;p->rchild=0;}
for(;i<=m;++i,++p){p->ch=0;p->weight=0;p->parent=0;p->lchild=0;p->rchild=0;}
for(i=n+1;i<=m;++i)
{
select(HT,i-1,&x,&y);
HT[x].parent=i;HT[y].parent=i;
HT[i].lchild=x;HT[i].rchild=y;
HT[i].weight=HT[x].weight+HT[y].weight;
}
}
//从HT[1]到HT[j]中选择parent为0,weight最小的两个结点,用x和y返回其序号
voidselect(HuffmanTreeHT,intj,int*x,int*y)
{
inti;
//查找weight最小的结点
for(i=1;i<=j;i++)
if(HT[i].parent==0)
{*x=i;break;}
for(;i<=j;i++)
if((HT[i].parent==0)&&(HT[i].weight*x=i;
HT[*x].parent=1;
//查找weight次小的结点
for(i=1;i<=j;i++)
if(HT[i].parent==0)
{*y=i;break;}
for(;i<=j;i++)
if((HT[i].parent==0)&&(i!
=*x)&&(HT[i].weight*y=i;
}
//对文件tobetrans中的正文进行编码,然后将结果存入文件codefile中
voidCoding()
{
FILE*fp,*fw;
inti,f,c,start;
char*cd;
HuffmanCodeHC;
if(n==0)
n=Read_tree(HT);//从文件hfmtree.txt中读入赫夫曼树,返回叶子结点数
//求赫夫曼树中各叶子节点的字符对应的的编码,并存于HC指向的空间中
{
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);
}
if((fp=fopen("tobetrans.txt","rb"))==NULL)
printf("Openfiletobetrans.txterror!
\n");
if((fw=fopen("codefile.txt","wb+"))==NULL)
printf("Openfilecodefile.txterror!
\n");
chartemp;
fscanf(fp,"%c",&temp);//从文件读入第一个字符
while(!
feof(fp))
{
for(i=1;i<=n;i++)
if(HT[i].ch==temp)break;//在赫夫曼树中查找字符所在的位置
for(intr=0;HC[i][r]!
='\0';r++)//将字符对应的编码存入文件
fputc(HC[i][r],fw);
fscanf(fp,"%c",&temp);//从文件读入下一个字符
}
fclose(fw);
fclose(fp);
printf("\n已将文件hfmtree.txt成功编码,并已存入codefile.txt中!
\n\n");
}
//将文件codefile中的代码进行译码,结果存入文件textfile中
voidDecoding()
{
FILE*fp,*fw;
intm,i;
char*code,*text,*p;
if(n==0)
n=Read_tree(HT);//从文件hfmtree.txt中读入赫夫曼树,返回叶子结点数
if((fp=fopen("codefile.txt","rb"))==NULL)
printf("Openfilecodefile.txterror!
\n");
if((fw=fopen("textfile.txt","wb+"))==NULL)
printf("Openfiletextfile.txterror!
\n");
code=(char*)malloc(sizeof(char));
fscanf(fp,"%c",code);//从文件读入一个字符
for(i=1;!
feof(fp);i++)
{
code=(char*)realloc(code,(i+1)*sizeof(char));//增加空间
fscanf(fp,"%c",&code[i]);//从文件读入下一个字符
}
code[i-1]='\0';
//codefile.txt文件中的字符已全部读入,存放在code数组中
text=(char*)malloc(100*sizeof(char));
p=text;
m=2*n-1;
if(*code=='0')
find(HT,code,text,HT[m].lchild,m);//从根节点的左子树去找
else
find(HT,code,text,HT[m].rchild,m);//从根节点的右子树去找
for(i=0;p[i]!
='\0';i++)//把译码好的字符存入文件textfile.txt中
fputc(p[i],fw);
fclose(fp);
fclose(fw);
printf("\n已将codefile.txt文件成功译码,兵已存入textfile.txt文件!
\n\n");
}
//将文件codefi1e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。
voidPrint_code()
{
FILE*fp,*fw;
chartemp;
inti;
if((fp=fopen("codefile.txt","rb"))==NULL)
printf("Openfilecodefile.txterror!
\n");
if((fw=fopen("codeprint.txt","wb+"))==NULL)
printf("Openfilecodeprint.txterror!
\n");
printf("\n文件codefi1e显示如下:
\n");
fscanf(fp,"%c",&temp);//从文件读入一个字符
for(i=1;!
feof(fp);i++)
{
printf("%c",temp);
if(i%50==0)printf("\n");
fputc(temp,fw);//将该字符存入文件codeprint.txt中
fscanf(fp,"%c",&temp);//从文件读入一个字符
}
printf("\n\n已将此字符形式的编码写入文件codeprint.txt中!
\n\n");
fclose(fp);
fclose(fw);
}
//将已在内存中的哈夫曼树显示在屏幕上,并将此字符形式的哈夫曼树写入文件treeprint中。
voidPrint_tree()
{
unsignedcharT[100][100];
inti,j,m=0;
FILE*fp;
if(n==0)
n=Read_tree(HT);//从文件hfmtree.txt中读入赫夫曼树,返回叶子结点数
Convert_tree(T,0,&m,2*n-1);//将内存中的赫夫曼树转换成凹凸表形式的树,存于数组T中
if((fp=fopen("treeprint.txt","wb+"))==NULL)
printf("Openfiletreeprint.txterror!
\n");
printf("\n打印已建好的赫夫曼树:
\n");
for(i=1;i<=2*n-1;i++)
{
for(j=0;T[i][j]!
=0;j++)
{
if(T[i][j]==''){printf("");fputc(T[i][j],fp);}
else
{printf("%d",T[i][j]);fprintf(fp,"%d\n",T[i][j]);}
}
printf("\n");
}
fclose(fp);
printf("\n已将该字符形式的哈夫曼树写入文件treeprint.txt中!
\n\n");
}
//从文件hfmtree.txt中读入赫夫曼树,返回叶子节点数
intRead_tree(HuffmanTree&HT)
{
FILE*fp;
inti,n;
HT=(HuffmanTree)malloc(sizeof(HTNode));
if((fp=fopen("hfmtree.txt","r"))==NULL)
printf("Openfilehfmtree.txterror!
\n");
for(i=1;!
feof(fp);i++)
{
HT=(HuffmanTree)realloc(HT,(i+1)*sizeof(HTNode));//增加空间
fread(&HT[i],sizeof(HTNode),1,fp);//读入一个节点信息
}
fclose(fp);
n=(i-1)/2;
returnn;
}
//译码时根据01字符串寻找相应叶子节点的递归算法
voidfind(HuffmanTree&HT,char*code,char*text,inti,intm)
{
if(*code!
='\0')//若译码未结束
{
code++;
if(HT[i].lchild==0&&HT[i].rchild==0)//若找到叶子节点
{
*text=HT[i].ch;//将叶子节点的字符存入text中
text++;
if((*code=='0'))
find(HT,code,text,HT[m].lchild,m);//从根节点的左子树找
else
find(HT,code,text,HT[m].rchild,m);//从根节点的右子树找
}
else//如果不是叶子节点
if(*code=='0')
find(HT,code,text,HT[i].lchild,m);//从该节点的左子树去找
else
find(HT,code,text,HT[i].rchild,m);//从该节点的右子树去找
}
else
*text='\0';//译码结束
}
//将文件中的赫夫曼树转换成凹凸表形式的赫夫曼树打印出来
voidConvert_tree(unsignedcharT[100][100],ints,int*i,intj)
{
intk,l;
l=++(*i);
for(k=0;k
T[l][k]='';
T[l][k]=HT[j].weight;
if(HT[j].lchild)
Convert_tree(T,s+1,i,HT[j].lchild);
if(HT[j].rchild)
Convert_tree(T,s+1,i,HT[j].rchild);
T[l][++k]='\0';
}
/////////////////////////