哈夫曼编码译码.docx
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哈夫曼编码译码
哈夫曼编码译码
一、【实验内容】
【问题描述】
利用哈夫曼编码进行住处通讯可以大大提高信道利用率,缩短住处传输时间,降低成本,但是,这要求在发送端通过一个编码系统将传输的数据预先编码,在接收端通过一个译码系统对传来的数据进行译码（复原）,对于双向传输信息的信道,每端都一个完整的编码译码系统,试为这样的住处收发站写一个哈夫曼友的编码译码系统.
【基本要求】:
一个完整的系统应以下功能:
（1）I.初始化（Initialization）。
从终端读入字符集大小n，以及n个字符和n个权值,建立哈夫曼树,并将它存放在文件hfmTree中.
（2）E.编码（Encoding）。
利用已建立好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件hfmTree中读入），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.
（3）D.译码（Decoding）。
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,将译码结果存入文件TextFile中.
（4）P.印文件代码（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CodePrin中。
（5）T.印哈夫曼树（TreePrinting）。
将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式（树或凹入表的形式）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。
测试数据:
（1）利用教科书例6-2中的数据调试程序。
（2）用下表给出的字符集和频度的计数据建立哈曼树,并实现以下报文的编码和译码:
“THISPROGRAMISMYFAVORITE”.。
字符ABCDEFGHIJKLM
频数1866413223210321154757153220
字符NOPQRSTUVWXYZ
频数5763151485180238181161
二、实验目的
树型结构是一种应用极为广泛的非线性数据结构,也是本课程的重点内容,哈夫曼树（最
优二叉树）是树型结构的典型应用,本次实验突出了数据结构加操作的程序设计观点,希望能根据树型结构的非线性特点,熟悉各种存储结构的特性,达到如何应用树型结构的非线性特点,熟悉各种存储结构的特性,达到如何应用树型结构解决具体问题的目的.
三、实验文档:
哈夫曼编码/译码
一、需求分析
1、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（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。
本次设计就是为这样的信息收发站写的一个哈夫曼的编/译码器。
本实验要求:
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）
、测试数据:
（,）利用教科书例6-2中的数据调试程序。
（,）用下表给出的字符集和频度的计数据建立哈曼树,并实现以下报文的
编码和译码:
“THISPROGRAMISMYFAVORITE”.。
字符ABCDEFGHIJKLM
频数1866413223210321154757153220
字符NOPQRSTUVWXYZ
频数5763151485180238181161
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?
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。
操作结果:
对字符串进行编码
Decoder（）;
初始条件:
哈夫曼树已存在且已编码。
操作结果:
对二进制串进行译码
Print（）
初始条件:
编码文件已存在。
操作结果:
把已保存好的编码文件显示在屏幕
TreePrinting（）
初始条件:
哈夫曼树已存在。
操作结果:
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
三、详细设计
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:
刘伟高
//日期:
2006.11.27
//版本:
1.0
//对应类实现文件:
HuffmanTree.cpp
//对应主程序文件:
main.cpp
#include
#include
#include
usingnamespacestd;
structHuffmanNode//定义哈夫曼树各结点
{
intweight;//存放结点的权值，假设只考虑处理权值为整数的情况
intparent;//记录结点父亲位置，-1表示为根结点，否则表示为非根结点
intlchild,rchild;//分别存放该结点的左、右孩子的所在单元的编号
};
classHuffmanTree//建立哈夫曼树类
{
private:
HuffmanNode*Node;//哈夫曼树中结点的存储结构
char*Info;//用来保存各字符信息
intLeafNum;//树中的叶子结点总数
public:
HuffmanTree（）;//构造函数
~HuffmanTree（）;//析构函数
voidInitialization（intWeightNum）;//初始化函数:
根据WeightNum个权值建立一棵哈夫曼树
voidEncoder（）;//编码函数:
利用构造好的哈夫曼树对字符进行编码
voidDecoder（）;//译码函数:
对二进制串进行译码
voidPrint（）;//印文件函数:
把已保存好的编码文件显示在屏幕
voidTreePrinting（）;//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
};
//程序名:
HuffmanTree.cpp
//程序功能:
实现哈夫曼树类的源文件（并用其来实现编/译码）
//作者:
刘伟高//日期:
2006.11.27
//版本:
1.0
#include"HuffmanTree.h"
#include
usingnamespacestd;
//////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////
//构造函数
//函数功能:
将结点指针初始化为NULL
//函数参数:
无
//参数返回值:
无
HuffmanTree:
:
HuffmanTree（）
{
Node=NULL;//将树结点初始化为空
Info=NULL;//将字符数组初始化为空
LeafNum=0;//将叶子数初始化为0
}
//////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////
//析构函数
//函数功能:
将所有结点的空间释放
//函数参数:
无
//参数返回值:
无
HuffmanTree:
:
~HuffmanTree（）
{
delete[]Node;//释放结点空间
delete[]Info;//释放字符存储空间
}
//////////////////////////////////////////////////
////////////////////////////
//初始化函数
//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,
//建立哈夫曼树,并将它存放在文件hfmTree中.
//函数参数:
intWeightNum表示代码个数
//参数返回值:
无
voidHuffmanTree:
:
Initialization（intWeightNum）//初始化
{
inti,j,pos1,pos2,max1,max2;//
Node=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
Info=newchar[2*WeightNum-1];
for（i=0;i{
cout<<"请输入第"<getchar（）;//丢弃字符'\t'与'\n'
Info[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
getchar（）;
cout<<"请输入该字符的权值或频度";
cin>>Node[i].weight;//输入权值
Node[i].parent=-1;//为根结点
Node[i].lchild=-1;//无左孩子
Node[i].rchild=-1;//无右孩子
}
for（i=WeightNum;i<2*WeightNum-1;i++）//表示需做WeightNum-1次合并
{
pos1=-1;
pos2=-1;//分别用来存放当前最小值和次小值的所在单元编号
max1=32767;//32767为整型数的最大值
max2=32767;//分别用来存放当前找到的最小值和次小值
for（j=0;jif（Node[j].parent==-1）//是否为根结点
if（Node[j].weight
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