数据结构课程设计报告哈夫曼树.docx
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数据结构课程设计报告哈夫曼树
课程设计
课程设计名称:
数据构造课程设计
专业班级:
学生姓名:
学号:
指导教师:
磊
课程设计时间:
2015.7.06—2015.7.10
计算机类专业课程设计任务书
学生
专业班级
学号
题目
哈夫曼树编/译码系统
课题性质
A
课题来源
D
指导教师
同组
无
主要容
1.学习掌握并熟练运用C语言进展程序设计,
2.针对具体应用问题,选择、设计和实现适宜的抽象数据类型;
3.进展整体设计使各个函数之间严密联系起来;
任务要求
1.综合运用和融化所学理论知识,提高分析和解决实际问题的能力,到达培养良好程序设计能力和习惯的目的,为开发满足问题要求的小型应用软件奠定根底,到达软件工程的综合性根底训练的目的。
2.完成需求分析报告,报告中对关键局部给出图表说明。
要求格式规,工作量饱满。
参考文献
?
C语言程序设计?
〔第三版〕谭浩强清华大学
CPrimerPlus?
(第5版)Stephen prata人民邮电
审查意见
指导教师签字:
教研室主任签字:
年月日
1需求分析
1.1系统介绍
利用Huffman编码进展通信可以大大提高信道利用率.缩短信息传输时间,降低传输本钱,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展译码〔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。
此程序就是为这样的信息收发站写一个Huffman码的编/译码系统。
1.2程序的输入和输出
从终端读入字符集大小n,以及n个字符及各个字符的权值,建立赫夫曼树,并将它存储到文件hfmTree中;利用已建好的赫夫曼树将文件中的字符编码,如果赫夫曼树不在存中,那么从文件hfmTree中读取到存;将译得的代码存到文件CodeFile中;利用已建好的赫夫曼树对CodeFile中的代码进展译码,将结果存入文件TextFile中;最后将已在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。
1.3程序要到达的功能
用户可以利用菜单根据自己的需要来选择要进展编码或是译码,并将转换好的字符或编码以文件的形式存到相应的文件里面。
1.4调试过程介绍
〔l〕利用教材中的数据调试程序。
〔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:
"THISPROGRAMISMYFAVORITE"。
字符
B
C
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z
频度
186
64
13
22
32
103
21
15
47
57
1
5
20
63
48
51
80
23
8
18
16
选择2,输入THISPROGRAMISMYFAVORITE,屏幕上显示01010
同时文件codefile里面也出现相应的代码
选择3,从codefile中调入代码,终端显示THISPROGRAMISMYFAVORITE,并且文件textfile中也相应的存入了这段话。
选择4,文件CodeFile以紧凑格式显示在终端上。
选择5,将已在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。
选择其他的数字,将出现出错提示,并重新回到选择菜单。
2概要设计
2.1数据构造设计
InitHuffman(HuffmanHfm);//初始化哈夫曼树
Encoding(HuffmanHfm);//翻译短文
Decoding(HuffmanHfm);//反译编码
Print1(HuffmanHfm);//打印文件编码
Print2(HuffmanHfm);//打印哈夫曼树
typedefchar**HuffmanCode;//动态分配数组存储霍夫曼表码表
typedefstruct{
unsignedintweight;
unsignedintparent,lchild,rchild;
}HTNode,*HuffmanTree;//动态分配数组存储霍夫曼树
HuffmanTreeHT;
char*c;
intlength;
HuffmanCodeHC;
}Huffman;//分配数组存储字符串及其对应的霍夫曼树
HuffmanHfm;
2.2系统模块设计
3详细设计
#include
#defineNULL0
#defineOK1
#defineERROR0
#defineOVERFLOW-2
#defineMAX_NUM32767
#defineMAX60
typedefchar**HuffmanCode;//动态分配数组存储哈夫曼表码表
}HTNode,*HuffmanTree;//动态分配数组存储哈夫曼树
}Huffman;//全局构造体变量,来存储字符与代码
/*------------------------------------------寻找权值最小的两个节点-------------------------------------*/
voidSelect(HuffmanTreeHT,intend,int*s1,int*s2)
{
inti;
intmin1=MAX_NUM;
intmin2;
for(i=1;i<=end;i++)/*遍历查找权值最小的结点S1*/
if(HT[i].parent==0&&HT[i].weight{*s1=i;min1=HT[i].weight;}}min2=MAX_NUM;for(i=1;i<=end;i++)/*遍历查找除S1外权值最小的结点S2*/{if(HT[i].parent==0&&(*s1!=i)&&min2>HT[i].weight){*s2=i;min2=HT[i].weight;}}}/*------------------------------------对哈夫曼树进展编码-------------------------------------*/HuffmanHuffmanCoding(HuffmanHfm){inti,n,m,s1,s2,start;intc,f;char*cd;n=Hfm.length;if(n<=1)returnHfm;m=2*n-1;for(i=n+1;i<=m;++i)/*选择HT[1....i-1]中无双亲且权值最小的两个节点,其序号为s1,s2*/{Select(Hfm.HT,i-1,&s1,&s2);Hfm.HT[s1].parent=i;/*修改父亲位置*/Hfm.HT[s2].parent=i;Hfm.HT[i].lchild=s1;/*修改孩子位置*/Hfm.HT[i].rchild=s2;Hfm.HT[i].weight=Hfm.HT[s1].weight+Hfm.HT[s2].weight;/*父亲结点权值为左右孩子权值之和*/}/*从叶子结点到根逆向求每个字符的哈夫曼编码*/Hfm.HC=(HuffmanCode)malloc((n+1)*sizeof(char*));/*分配n个字符编码的头指针向量*/cd=(char*)malloc(n*sizeof(char));/*分配求编码的工作空间*/cd[n-1]='\0';/*编码完毕符*/for(i=1;i<=n;++i)/*逐个字符求哈夫曼编码*/{start=n-1;/*编码完毕符位置*/for(c=i,f=Hfm.HT[i].parent;f!=0;c=f,f=Hfm.HT[f].parent)/*从叶子到根逆向求编码*/{if(c==Hfm.HT[f].lchild)cd[--start]='0';elsecd[--start]='1';}Hfm.HC[i]=(char*)malloc((n-start)*sizeof(char));strcpy(Hfm.HC[i],&cd[start]);/*从cd复制编码到Hfm.HC*/}free(cd);returnHfm;}/*------------------------------------录入数据函数-------------------------------------*/HuffmanInputHuffman(HuffmanHfm){inti,n;printf("\n\n********************录入数据*********************\n");printf("录入的字符及其权值将保存于:\hfmTree\\n");printf("请输入录入字符个数:");scanf("%d",&n);if(n<=1){printf("只有一个字符无需编码");printf("\n");printf("请输入录入字符个数:");scanf("%d",&n);}Hfm.HT=(HuffmanTree)malloc((2*n)*sizeof(HTNode));Hfm.c=(char*)malloc((n+1)*sizeof(char));for(i=1;i<=n;i++){printf("请输入字符:");scanf("%s",&Hfm.c[i]);printf("请输入字符权值:");scanf("%d",&Hfm.HT[i].weight);Hfm.HT[i].parent=0;Hfm.HT[i].lchild=0;Hfm.HT[i].rchild=0;}for(;i<=2*n-1;++i){Hfm.HT[i].weight=0;Hfm.HT[i].parent=0;Hfm.HT[i].lchild=0;Hfm.HT[i].rchild=0;}Hfm.length=n;returnHfm;}/*------------------------------------初始化哈夫曼树-------------------------------------*/HuffmanInitHuffman(HuffmanHfm){intn,i;charx;FILE*fp;fp=fopen("hfmTree","rt");/*对文件hfmTree以读文本的形式翻开*/if(fp==NULL){Hfm=InputHuffman(Hfm);/*调用InputHuffman函数,用户输入字符和相应权值存入哈夫曼数中*/fp=fopen("hfmTree","wt");fprintf(fp,"%d\n",Hfm.length);for(i=1;i<=Hfm.length;i++)fprintf(fp,"%c%d",Hfm.c[i],Hfm.HT[i].weight);rewind(fp);}else{printf("哈夫曼树已经存在!\n你是否需要重新初始化哈夫曼树?('Y'or'N')\n");/*询问是否重新初始化*/printf("请输入选择:");scanf("%s",&x);if(x=='Y'){Hfm=InputHuffman(Hfm);/*调用InputHuffman函数,用户输入字符和相应权值存入哈弗曼数中*/fp=fopen("hfmTree","w+");fprintf(fp,"%d\n",Hfm.length);for(i=1;i<=Hfm.length;i++)fprintf(fp,"%c%d",Hfm.c[i],Hfm.HT[i].weight);rewind(fp);}else{fscanf(fp,"%d\n",&n);Hfm.c=(char*)malloc((n+1)*sizeof(char));Hfm.HT=(HuffmanTree)malloc((2*n)*sizeof(HTNode));for(i=1;i<=n;i++)fscanf(fp,"%s%d",&Hfm.c[i],&Hfm.HT[i].weight);/*将已经在文件中的字符和其对应的权重输入到Hfm.c[i]和&Hfm.HT[i].weight中*/for(i=1;i<=n;i++)/*对每个节点初始化*/{Hfm.HT[i].parent=0;Hfm.HT[i].lchild=0;Hfm.HT[i].rchild=0;}for(;i<=2*n-1;++i){Hfm.HT[i].weight=0;Hfm.HT[i].parent=0;Hfm.HT[i].lchild=0;Hfm.HT[i].rchild=0;}Hfm.length=n;}}fclose(fp);Hfm=HuffmanCoding(Hfm);returnHfm;}/*------------------------------------翻译短文-------------------------------------*/voidEncoding(HuffmanHfm)/*利用已建好的Huffman树(如不在存,那么从文件hfmTree中读入)对文件ToBeTran中的正文进展编码,然后将结果存入文件CodeFile中。*/{inti=0,j=0,n;charch[MAX];FILE*fp,*fw;n=Hfm.length;printf("\n\n*******************翻译短文**************************\n\n");if((fw=fopen("ToBeTran","r+"))==NULL)/*尝试翻开ToBeTran*/{printf("\n请输入需要翻译成编码的短文:");scanf("%s",ch);printf("\n");fp=fopen("CodeFile","wt+");}else{fscanf(fw,"%s",ch);fclose(fw);}while(ch[j]){for(i=1;i<=n;i++)if(ch[j]==Hfm.c[i]){printf("%s",Hfm.HC[i]);fprintf(fp,"%s",Hfm.HC[i]);break;}j++;}printf("\n");rewind(fp);fclose(fp);}/*------------------------------------反译编码-------------------------------------*/voidDecoding(HuffmanHfm)/*利用已建好的Huffman树将文件CodeFile中的代码进展译码,结果存入文件TextFile中。*/{HuffmanTreep;inti,n;intj=0;chard[500];charx;FILE*fp;n=Hfm.length;printf("\n\n******************反译************************\n\n");if((fp=fopen("CodeFile","r+"))==NULL){printf("Pleaseinputthecode:");scanf("%s",d);}else{printf("文件中已经有编码,是否需要更换编码?('Y'or'N')\n");printf("请输入选择:");scanf("%s",&x);if(x=='Y'){printf("请输入需要反译的新编码:");scanf("%s",d);}else{fscanf(fp,"%s",d);/*将文件中的字符输入到数组d中*/fclose(fp);}}printf("\n反译后得到的短文为:");fp=fopen("TextFile","wt+");/*以写入文件的形式翻开TextFile*/while(d[j]){p=&Hfm.HT[2*n-1];while(p->lchild||p->rchild){if(d[j]=='0'){i=p->lchild;p=&Hfm.HT[i];}else{i=p->rchild;p=&Hfm.HT[i];}j++;}printf("%c",Hfm.c[i]);fprintf(fp,"%c",Hfm.c[i]);}printf("\n");fclose(fp);}/*------------------------------------打印文件编码-------------------------------------*/voidPrint1(HuffmanHfm){inti,n;intm=1;charch;FILE*fprint;n=Hfm.length;printf("\n\n******************打印文件编码****************\n\n");fprint=fopen("CodeFile","rb");while(feof(fprint)==0){ch=fgetc(fprint);printf("%c",ch);m++;if(m%50==0)printf("\n");}printf("\n");fclose(fprint);}/*------------------------------------打印哈夫曼树-------------------------------------*/voidPrint2(HuffmanHfm){inti,n;n=Hfm.length;printf("\n\n******************打印哈夫曼树****************\n\n");for(i=1;i<=n;i++){printf("\n");printf("Char:%c\t",Hfm.c[i]);printf("Weight:%d\t",Hfm.HT[i].weight);printf("parent:%d\t",Hfm.HT[i].parent);printf("lchild:%d\t",Hfm.HT[i].lchild);printf("rchild:%d\t",Hfm.HT[i].rchild);printf("Code:");puts(Hfm.HC[i]);}printf("\n");}/*------------------------------------主函数-------------------------------------*/voidmain(){HuffmanHfm;chark;while(1){printf("\n");printf("〒〒〒〒〒欢送进入哈夫曼编/译码系统:〒〒〒〒〒\n");printf("★★★★★★★wele★★★★★★★\n");printf("\t*【1】录入数据*\n");printf("\t*【2】翻译短文*\n");printf("\t*【3】反译编码*\n");printf("\t*【4】打印文件编码*\n");printf("\t*【5】打印哈夫曼树*\n");printf("\t*【0】退出系统*\n");printf("\n");printf("请输入你的选择:");scanf("%c",&k);system("cls");switch(k){case'1':Hfm=InitHuffman(Hfm);getchar();break;case'2':Encoding(Hfm);getchar();break;case'3':Decoding(Hfm);getchar();break;case'4':Print1(Hfm);getchar();break;case'5':Print2(Hfm);getchar();break;case'0':exit(0);default:printf("无效选项!请重新输入\n");}}}4系统演示4.1主界面 4.2数据录入4.3翻译短文 4.4反译编码4.5打印文件编码4.6打印哈夫曼树 5运行环境1,软件环境:操作系统:Windows98/XP/Windows7以上版本2.硬件环境:1,处理器:Intel166MX以上2,存:32MB3:硬盘空间:2GB2,开发工具和编程语言Vc6.0;用C语言编写; 6课程心得总结我学习数据构造的时间也不短了,其中学习过程中或多或少有些遗漏的知
*s1=i;
min1=HT[i].weight;
}
min2=MAX_NUM;
for(i=1;i<=end;i++)/*遍历查找除S1外权值最小的结点S2*/
if(HT[i].parent==0&&(*s1!
=i)&&min2>HT[i].weight)
*s2=i;
min2=HT[i].weight;
/*------------------------------------对哈夫曼树进展编码-------------------------------------*/
HuffmanHuffmanCoding(HuffmanHfm)
inti,n,m,s1,s2,start;
intc,f;
char*cd;
n=Hfm.length;
if(n<=1)returnHfm;
m=2*n-1;
for(i=n+1;i<=m;++i)/*选择HT[1....i-1]中无双亲且权值最小的两个节点,其序号为s1,s2*/
Select(Hfm.HT,i-1,&s1,&s2);
Hfm.HT[s1].parent=i;/*修改父亲位置*/
Hfm.HT[s2].parent=i;
Hfm.HT[i].lchild=s1;/*修改孩子位置*/
Hfm.HT[i].rchild=s2;
Hfm.HT[i].weight=Hfm.HT[s1].weight+Hfm.HT[s2].weight;/*父亲结点权值为左右孩子权值之和*/
/*从叶子结点到根逆向求每个字符的哈夫曼编码*/
Hfm.HC=(HuffmanCode)malloc((n+1)*sizeof(char*));/*分配n个字符编码的头指针向量*/
cd=(char*)malloc(n*sizeof(char));/*分配求编码的工作空间*/
cd[n-1]='\0';/*编码完毕符*/
for(i=1;i<=n;++i)/*逐个字符求哈夫曼编码*/
start=n-1;/*编码完毕符位置*/
for(c=i,f=Hfm.HT[i].parent;f!
=0;c=f,f=Hfm.HT[f].parent)/*从叶子到根逆向求编码*/
if(c==Hfm.HT[f].lchild)cd[--start]='0';
elsecd[--start]='1';
Hfm.HC[i]=(char*)malloc((n-start)*sizeof(char));
strcpy(Hfm.HC[i],&cd[start]);/*从cd复制编码到Hfm.HC*/
free(cd);
returnHfm;
/*------------------------------------录入数据函数-------------------------------------*/
HuffmanInputHuffman(HuffmanHfm)
inti,n;
printf("\n\n********************录入数据*********************\n");
printf("录入的字符及其权值将保存于:
\hfmTree\\n");
printf("请输入录入字符个数:
");
scanf("%d",&n);
if(n<=1)
{printf("只有一个字符无需编码");
printf("\n");
scanf("%d",&n);}
Hfm.HT=(HuffmanTree)malloc((2*n)*sizeof(HTNode));
Hfm.c=(char*)malloc((n+1)*sizeof(char));
for(i=1;i<=n;i++)
printf("请输入字符:
scanf("%s",&Hfm.c[i]);
printf("请输入字符权值:
scanf("%d",&Hfm.HT[i].weight);
Hfm.HT[i].parent=0;
Hfm.HT[i].lchild=0;
Hfm.HT[i].rchild=0;
for(;i<=2*n-1;++i)
Hfm.HT[i].weight=0;
Hfm.length=n;
/*------------------------------------初始化哈夫曼树-------------------------------------*/
HuffmanInitHuffman(HuffmanHfm)
intn,i;
charx;
FILE*fp;
fp=fopen("hfmTree","rt");/*对文件hfmTree以读文本的形式翻开*/
if(fp==NULL)
Hfm=InputHuffman(Hfm);/*调用InputHuffman函数,用户输入字符和相应权值存入哈夫曼数中*/
fp=fopen("hfmTree","wt");
fprintf(fp,"%d\n",Hfm.length);
for(i=1;i<=Hfm.length;i++)
fprintf(fp,"%c%d",Hfm.c[i],Hfm.HT[i].weight);
rewind(fp);
else
{printf("哈夫曼树已经存在!
\n你是否需要重新初始化哈夫曼树?
('Y'or'N')\n");/*询问是否重新初始化*/
printf("请输入选择:
scanf("%s",&x);
if(x=='Y')
{Hfm=InputHuffman(Hfm);/*调用InputHuffman函数,用户输入字符和相应权值存入哈弗曼数中*/
fp=fopen("hfmTree","w+");
{fscanf(fp,"%d\n",&n);
fscanf(fp,"%s%d",&Hfm.c[i],&Hfm.HT[i].weight);/*将已经在文件中的字符和其对应的权重输入到Hfm.c[i]和&Hfm.HT[i].weight中*/
for(i=1;i<=n;i++)/*对每个节点初始化*/
fclose(fp);
Hfm=HuffmanCoding(Hfm);
/*------------------------------------翻译短文-------------------------------------*/
voidEncoding(HuffmanHfm)/*利用已建好的Huffman树(如不在存,那么从文件hfmTree中读入)对文件ToBeTran中的正文进展编码,然后将结果存入文件CodeFile中。
*/
inti=0,j=0,n;
charch[MAX];
FILE*fp,*fw;
printf("\n\n*******************翻译短文**************************\n\n");
if((fw=fopen("ToBeTran","r+"))==NULL)/*尝试翻开ToBeTran*/
printf("\n请输入需要翻译成编码的短文:
scanf("%s",ch);
fp=fopen("CodeFile","wt+");
fscanf(fw,"%s",ch);
fclose(fw);
while(ch[j])
if(ch[j]==Hfm.c[i])
printf("%s",Hfm.HC[i]);
fprintf(fp,"%s",Hfm.HC[i]);
break;
j++;
/*------------------------------------反译编码-------------------------------------*/
voidDecoding(HuffmanHfm)/*利用已建好的Huffman树将文件CodeFile中的代码进展译码,结果存入文件TextFile中。
HuffmanTreep;
intj=0;
chard[500];
printf("\n\n******************反译************************\n\n");
if((fp=fopen("CodeFile","r+"))==NULL)
printf("Pleaseinputthecode:
scanf("%s",d);
printf("文件中已经有编码,是否需要更换编码?
('Y'or'N')\n");
printf("请输入需要反译的新编码:
fscanf(fp,"%s",d);/*将文件中的字符输入到数组d中*/
printf("\n反译后得到的短文为:
fp=fopen("TextFile","wt+");/*以写入文件的形式翻开TextFile*/
while(d[j])
p=&Hfm.HT[2*n-1];
while(p->lchild||p->rchild)
if(d[j]=='0')
{i=p->lchild;p=&Hfm.HT[i];}
{i=p->rchild;p=&Hfm.HT[i];}
printf("%c",Hfm.c[i]);
fprintf(fp,"%c",Hfm.c[i]);
/*------------------------------------打印文件编码-------------------------------------*/
voidPrint1(HuffmanHfm)
intm=1;
charch;
FILE*fprint;
printf("\n\n******************打印文件编码****************\n\n");
fprint=fopen("CodeFile","rb");
while(feof(fprint)==0)
ch=fgetc(fprint);
printf("%c",ch);
m++;
if(m%50==0)
fclose(fprint);
/*------------------------------------打印哈夫曼树-------------------------------------*/
voidPrint2(HuffmanHfm)
printf("\n\n******************打印哈夫曼树****************\n\n");
printf("Char:
%c\t",Hfm.c[i]);
printf("Weight:
%d\t",Hfm.HT[i].weight);
printf("parent:
%d\t",Hfm.HT[i].parent);
printf("lchild:
%d\t",Hfm.HT[i].lchild);
printf("rchild:
%d\t",Hfm.HT[i].rchild);
printf("Code:
puts(Hfm.HC[i]);
/*------------------------------------主函数-------------------------------------*/
voidmain()
chark;
while
(1)
printf("〒〒〒〒〒欢送进入哈夫曼编/译码系统:
〒〒〒〒〒\n");
printf("★★★★★★★wele★★★★★★★\n");
printf("\t*【1】录入数据*\n");
printf("\t*【2】翻译短文*\n");
printf("\t*【3】反译编码*\n");
printf("\t*【4】打印文件编码*\n");
printf("\t*【5】打印哈夫曼树*\n");
printf("\t*【0】退出系统*\n");
printf("请输入你的选择:
scanf("%c",&k);
system("cls");
switch(k)
{case'1':
Hfm=InitHuffman(Hfm);getchar();break;
case'2':
Encoding(Hfm);getchar();break;
case'3':
Decoding(Hfm);getchar();break;
case'4':
Print1(Hfm);getchar();break;
case'5':
Print2(Hfm);getchar();break;
case'0':
exit(0);
default:
printf("无效选项!
请重新输入\n");}
4系统演示
4.1主界面
4.2数据录入
4.3翻译短文
4.4反译编码
4.5打印文件编码
4.6打印哈夫曼树
5运行环境
1,软件环境:
操作系统:
Windows98/XP/Windows7以上版本
2.硬件环境:
1,处理器:
Intel166MX以上
2,存:
32MB
3:
硬盘空间:
2GB
2,开发工具和编程语言
Vc6.0;
用C语言编写;
6课程心得总结
我学习数据构造的时间也不短了,其中学习过程中或多或少有些遗漏的知
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