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

磊

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

A

B

C

D

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

32

20

57

63

15

1

48

51

80

23

8

18

1

16

1

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

typedefstruct{

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

#include

#include

#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

typedefstruct{

unsignedintweight;

unsignedintparent,lchild,rchild;

}HTNode,*HuffmanTree;//动态分配数组存储哈夫曼树

typedefstruct{

HuffmanTreeHT;

char*c;

intlength;

HuffmanCodeHC;

}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：

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