哈夫曼编码和译码的设计与实现.docx
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哈夫曼编码和译码的设计与实现
算法与数据结构课程设计
哈夫曼编码和译码的设计与实现
1。
问题描述
利用哈夫曼编码进行通信可以大大提高信道的利用率，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（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码的编/译码系统。
2.基本要求
a。
编/译码系统应具有以下功能：
（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，并将它存于文件ｈｆmTrｅe中．
（２）E:
编码（Eｎｃodｉng）。
利用已建好的哈夫曼树（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，然后将结果存入文件CodeFｉle中。
（３）Ｄ:
译码（Deｃodiｎｇ）。
利用已建好的哈夫曼树将文件CoｄeFile中的代码进行译码,结果存入文件TeｘtＦｉlｅ中.
（4）Ｐ:
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CｏｄｅPriｎ中。
（5）T：
印哈夫曼树（Tree printｉｎg）。
将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式（树或凹入表形式或广义表）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。
b.测试数据
（１）利用下面这道题中的数据调试程序。
某系统在通信联络中只可能出现八种字符，其概率分别为０.2５，０。
2９，0.0７,0.08,０。
１４，0。
２3，0。
０3，0。
1１,试设计哈夫曼编码。
（2）用下表给出的字符集和频度的实际统计数据建立哈夫曼树,并实现以下报文的编码和译码：
“TＨIS ＰROGRAMISMYFＡVORＩTE”。
字符 空格 A B C D E F G H I J K L M
频度 186 64 １3 22 3２１0３ 2１ １5 ４７ ５7 1 ５ 32 20
字符 N Ｏ P Q R Ｓ T Ｕ Ｖ W X Y Z
频度 ５7 6３ 1５ 1 ４8 51 8０ ２3 8 1８ 1 １6 1
3.需求分析
3。
1程序的基本功能
本程序可以对任何大小的字符型文件进行Ｈuｆfmａn编码,生成一个编码文件。
并可以在程序运行结束后的任意时间对它解码还原生成字符文件。
即：
先对一条电文进行输入,并实现Huffmａn编码,然后对Ｈｕffman编码生成的代码串进行译码，最后输出电文数字
3。
2输入/输出形式
当进行编码时输入为原字符文件文件名,当程序运行编码完成之后输入编码文件名（默认名为coｄe。
dlｌ）。
当进行译码时输入为编码文件名（默认名为coｄｅ。
dlｌ），从文件中读取Huｆｆman编码树后输入字符文件的文件名。
3。
3测试数据要求
本程序中测试数据主要为字符型文件．
4.概要设计
1.系统结构图（功能模块图）
哈弗曼树编码译码器
编码
译码
退出
２.功能模块说明
（1）.编码:
提示要编码的文件文件名→读取文件→以字母出现次数为权值建立哈弗曼树→对文本进行哈弗曼编码并输出编码→提示将编码保存的文件名→保存编码文件；
（2）.译码:
提示输入要译码的文件名→利用建立好的哈弗曼树进行译码→将译码输出→提示保存译码文件的文件名→保存译码文件;
（３）。
退出：
退出系统,程序运行结束.
5．详细设计
创建哈弗曼树
开始
初始化哈夫曼链表且有2n-1个节点
i=1
Ip->weight=count[i]
p=p->next
for（i=n;i<2*n-1;i++）
HT1->Parent=HT2->Parent=p
p->LChild=HT1
p->RChild=HT2
p->weight=HT1->weight+HT2->weight
结束
编码
开始
将字符存入哈夫曼编码结构体数组的字符单元中
if（q==q->Parent->LChild）
HC[i].code[--HC[i].start]='0'
HC[i].code[--HC[i].start]='1'
p=p->next
I=n时结束
译码
开始
Root指向根节点
P!
=root
code[i]=='0'
p=p->LChild
p=p->Rchild
p->LChild==NULL&&p->RChild==NULL
s[k++]=str[j]
p=root
结束
6.调试分析
１.从叶子节点开始向上遍历二叉树,获得哈夫曼编码;ﻫ2。
根据哈夫曼编码遍历哈夫曼树直到叶子节点,获得译码
3。
算法的时间复杂度分析：
程序部分用双循环嵌套结构,时间复杂度为Ｏ（n２）。
４．算法的空间复杂度分析:
算法的空间复杂度为O（n）
5。
程序需要反复调试,并且调试过程比较慢,需要有一个比较正确的调试方法，更需要我们有耐心
7.用户使用说明
１.输入字符的个数n
2输入n个字符和ｎ个权值
3 选择（1—5）操作可对huffｍan树进行编码和译码以及ｈufｆmａn树表的打印
4退出系统
８．测试结果
９．附录
＃iｎclude"ｓtdｉo。
h"
#include ”stdlib。
h＂
#inclｕｄｅ＂ｓtriｎｇ。
h”
#defineＭAX100
structHafＮｏde
{
ｉnｔ weｉghｔ;
inｔparｅnt;
charｃｈ;
intlchild;
intrcｈiｌd；
}*ｍｙHａffTreｅ;
ｓtrｕcｔCodinｇ
｛
charbiｔ［MAX］;
chａrcｈ;
int ｗeｉght;
}*myHaｆfCode;
voｉｄＨａｆfmａn（inｔ n）/*构造哈弗曼树*/
{
ｉnｔ i,j,ｘ1，x2,s1,ｓ２；
fｏr（ｉ＝n+１;i〈=２*n—1;i＋+）
{
s1=ｓ2=１0000;
x１＝x2＝0;
for （j=1;j<=ｉ—1；j++）
｛
if（mｙHaffＴｒee[j］。
parent==０＆＆myHａffTｒｅe[j]。
wｅｉght〈s1）
{
ｓ2＝s1；
x2=x1；
s1＝ｍyHａfｆTree[j].weiｇht；
ｘ1=j；
}
eｌｓe iｆ（myＨａｆfＴｒee[j］．parｅnt==0＆＆myHaffＴrｅe[j].wｅiｇｈｔ〈s2）
｛
s2＝myHafｆTree［j］.wｅｉｇｈt;
x2=j;
}
}
ｍyHａfｆTree［ｘ1]。
pａrｅnt＝i;
myHaffTreｅ[x2]。
ｐareｎt=i；
myHaｆfTｒee［ｉ］.wｅighｔ=s1+s2;
myHaffTree［i］。
lｃｈild=ｘ1;
mｙHaｆfTrｅe[i]。
ｒｃｈiｌｄ＝x２;
｝
｝
ｖoidＨaffmanCoｄe（inｔn）
｛
intstart,c，f,i,j,k;
cｈaｒ＊cd；
ｃd＝（cｈａｒ＊）mａlloｃ（ｎ*ｓｉｚeof（char））;
ｍyHaffCode=（stｒｕctＣoｄing＊）malｌoc（（n+1）*sizeof（struct Cｏｄiｎg））；
ｃｄ[ｎ—1]=’\０’；
for（i=1；i＜=n;++i）
{
sｔart＝n－1;
for（ｃ=i,ｆ=mｙＨaｆfTree[i]。
paｒeｎｔ;ｆ!
=０;c=f，ｆ=myHaffTreｅ[f]。
ｐarent）
if（ｍyＨaffＴree［f］。
lchild==c）cd[—-staｒt]＝’0'；
eｌsecｄ［——stａrt]=＇1';
fｏr（j=ｓtart,ｋ=0;j＜n;j＋+）
{
mｙHaｆfCｏde［i]。
bｉt［k］＝cd[j];
k++;
｝
myHafｆCode［ｉ］。
cｈ=myHaffTree[i］.ch;
myHaｆfCｏde[ｉ］。
ｗｅｉgｈt＝myＨafｆTｒee[i］.weｉght；
}
ｆrｅe（cd）；
}
vｏid print（）
{
priｎtf（＂***＊***＊*＊＊*＊*＊*＊＊***＊＊**＊*****＊*＊＊＊*＊**＊＊＊*＊***＊*＊＊****＊***＊***＊**＊**＊＊**＊＊*＊＊\n”）;
priｎｔf（＂＊＊*＊***＊＊*\n"）;
printｆ（"＊＊*＊* **＊*＊\n＂）；
printf（”**＊*＊ ｗelｃometo ｈuffｍan ｃodiｎg andcｏdｅpｒintiｎｇ＊*＊**\n”）;
ｐｒｉｎtf（"*＊＊**＊**＊＊\n＂）;
prｉntf（”＊****＊****\n"）;
pｒintｆ（”＊＊***1.ｉnｉｔ2.ｃodinｇ 3。
codｅｐrｉnting4。
ｐrintthｅｈｕffｍａn 5。
eｘit****＊\ｎ”）；
pｒiｎtf（”＊*＊**＊＊**＊\n”）;
ｐｒｉnｔｆ（”**＊＊******＊＊＊**＊***＊**＊*＊***＊*＊＊*＊******＊*＊**＊***＊*＊＊**＊***＊*＊**＊****＊***＊*＊＊＊＊\n"）;
}
Init（）
｛
inｔi,n,m；
prinｔｆ（"noｗinit\n”）;
pｒiｎｔf（＂pleａsｅiｎputtｈｅnuｍber ofwords：
＼n＂）;
ｓｃａnｆ（"%ｄ”,＆n）；
ｍ=2*ｎ-1;
myＨａｆｆTｒee＝（struｃt HaｆＮode＊）maｌloc（ｓizeof（strucｔ HａfNode）*（m+1））；
for（i=1;ｉ〈=n；ｉ+＋）
{
prinｔｆ（”pleaseinpuｔthewoｒdandthｅｅqual:
\ｎ”）;
scanf（"%s%d”,＆myHａffＴrｅe[ｉ].ch,&mｙＨafｆTreｅ［i]。
wｅight）;
myHａffＴrｅｅ[ｉ]。
ｐaｒｅｎt=０；
myHaｆfTree［i]．lchiｌd＝0；
ｍｙHaffTｒee［i]。
rchｉlｄ=0;
}
for（i=n+1;i〈=m;i+＋）
{
myHaffTree[i]。
ｃh ＝’＃＇;
myHaｆfＴｒeｅ[i］.lcｈild=0；
myHaffTreｅ[i]。
pareｎt＝0;
ｍyＨaffTｒeｅ[ｉ]。
rchild=０;
mｙHafｆＴree[i].weiｇｈt＝0；
｝
Hａfｆmａn（n）;
HaffmanＣoｄe（n）；
foｒ（i=1；ｉ<=ｎ;i+＋）
｛
prｉｎtf（"%ｃ%d"，myHaｆfCode[i]。
cｈ，ｍyHafｆCode[ｉ]。
ｗｅight）;
printf（”＼n"）;
｝
priｎtf（”initｓuccess!
\n"）；
retｕrnn；
｝
vｏidCａoｚuo＿C（inｔm）／＊对字符进行编码*/
{
int n,i，j;
chａr striｎg[50］,*ｐ；
ｐriｎtｆ（”ｐleaseｉｎput ｔｈeworｄs:
\n”）；
scanf（”%ｓ”,ｓtｒiｎｇ）；
n＝sｔrlen（sｔriｎg）；
for（i＝1,p＝ｓtrｉnｇ；ｉ<＝n;ｉ＋+，p++）
{
for（j=1;j<＝m;j+＋）
if（mｙHaｆfCｏｄｅ［j]。
cｈ＝＝＊p）
pｒiｎtf（"％s\n”,mｙＨａffCode[j].bit）;
}
}
voidCaｏｚｕo＿D（ｉｎtｎ）
{
inｔi,c；
cｈａrcode[1000],＊ｐ;
prｉntｆ（"ｐlｅasｅiｎｐｕtthecｏding:
\n”）;
ｓcanｆ（”%s＂，cｏdｅ）;
for（ｐ＝coｄe,c=２*n-１;*p!
='\0';ｐ++）
｛
if（＊p=='0'）
{
c=ｍyHaffTree[c]．lｃｈild；
if（myHaｆfTｒee［ｃ］。
ｌｃhiｌd=＝0）
{
printf（”％c",mｙHａffＴｒｅｅ[c].cｈ）;
c=2*ｎ—１；
contiｎue;
｝
}
eｌse if（*p＝＝’1’）
{
c=myHaｆfTree[c].rchilｄ;
if（mｙＨaffTrｅｅ[ｃ］。
lchilｄ＝=０）
｛
ｐrintf（＂％c",mｙHａｆfTree[c］．ｃｈ）;
c=2*ｎ-1;
cｏntiｎue；
}
}
｝
pｒｉnｔf（＂\ｎ”）;
}
ｖｏiｄ Caｏｚｕｏ_Ｔ（iｎtn）
{
inti；
prinｔf（”ｗｏｒdequalｌeｆtcｈildrｉghｔchildprｅｎtｓ\n"）；
for（ｉ=１;i<=2*n-1;i＋+）
pｒintｆ（”%c%ｄ ％d%ｄ％d\n＂,myHaｆｆＴｒee[i]。
ｃh,myHａffＴree[i].wｅighｔ,ｍyＨaffＴree[i］。
ｌcｈild，mｙHafｆTree［i].ｒchild,mｙHafｆＴree[i]。
paｒｅｎｔ）;
｝
ｍaｉｎ（）
{
inｔ ｎ；
ｃhａrchar１；
pｒint（）；
n＝Ｉnit（）;
wｈiｌe
（1）
{
prｉnｔf（”A.coding B。
cｏdｅpｒintｉｎg C。
ｐrint tｈehufｆｍan D.exiｔ\npｌeaseｉnpｕttheprocess：
\n”）；
scａｎf（"%s",&ｃhaｒ1）；
ｉｆ（ｃhar1==’Ｄ’）
break；
switｃh（ｃｈaｒ１）
{cａse’Ａ’:
Ｃａozｕo_C（n）;ｂreak;/*执行编码操作*/
caｓe＇Ｂ＇:
Ｃaozuo_D（n）;brｅak;/＊ 执行译码操作＊/
casｅ’C’:
Caozｕo_T（n）；break;/＊打印哈弗曼树*/
}
｝
}
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