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（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：
“THISPROGRAMISMYFAVORITE".
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）
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
编码
译码
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；
2.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
{
intweight；
intparent;
charch；
intlchild;
intrchild;
}＊myHaffTree;
structCoding
{
charbit［MAX]；
charch；
intweight;
｝*myHaffCode;
voidHaffman（intn）/*构造哈弗曼树*/
{
inti，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｛
s2=s1;
x2=x1；
s1=myHaffTree［j］.weight；
x1=j;
}
elseif（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（structCoding））;
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｛
myHaffCode［i］.bit［k］=cd[j];
k++;
｝
myHaffCode［i］.ch=myHaffTree［i]。
ch；
myHaffCode[i].weight=myHaffTree［i].weight；
}
free（cd）；
}
voidprint（）
｛
printf（”***＊**＊＊＊＊＊＊＊***＊*＊**＊＊＊＊*＊**＊**＊**＊*＊＊＊**＊**＊＊**＊＊**＊＊*＊*＊**＊＊*＊*＊＊***＊*****＊*\n"）；
printf（”****＊＊**＊＊\n"）;
printf（"*＊＊＊＊＊＊*＊*\n"）;
printf（"*****welcometohuffmancodingandcodeprinting**＊*＊\n"）;
printf（"＊**＊**＊*＊＊\n”）;
printf（"＊＊*****＊＊＊\n”）;
printf（"＊＊**＊1。
init2.coding3。
codeprinting4.printthehuffman5.exit*＊*＊＊\n"）;
printf（”＊********＊\n”）；
printf（"*＊**＊****＊＊**＊**＊＊＊＊**＊***＊***＊*＊**＊*＊＊***＊*＊＊*＊*＊＊＊******＊*＊＊**＊**＊*＊＊*＊*＊＊＊＊*\n”）；
}
Init（）
{
inti,n,m;
printf（”nowinit\n"）;
printf（”pleaseinputthenumberofwords:
\n”）；
scanf（”%d”，＆n）；
m=2*n—1；
myHaffTree=（structHafNode*）malloc（sizeof（structHafNode）*（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*/
{
intn，i，j；
charstring［50]，＊p;
printf（”pleaseinputthewords：
\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;
}
｝
elseif（＊p==’1’）
｛
c=myHaffTree[c]。
rchild;
if（myHaffTree[c］。
lchild==0）
{
printf（”％c”，myHaffTree［c］。
ch）;
c=2*n—1；
continue；
｝
｝
}
printf（”\n"）;
｝
voidCaozuo_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（）
{
intn;
charchar1；
print（）；
n=Init（）;
while
（1）
{
printf（”A。
codingB。
codeprintingC.printthehuffmanD.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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