哈夫曼编码译码器系统.docx
《哈夫曼编码译码器系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《哈夫曼编码译码器系统.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
哈夫曼编码译码器系统
具体介绍：
在本课题中，我们在硬盘E盘中预先建立一个file1.txt文档，在里面编辑一篇文章（大写）。
然后运行程序，调用fileopen（）函数读出该文章，显示在界面；再调用jsq（）函数对该文章的字符种类进行统计，并对每个字符的出现次数进行统计，并且在界面上显示；然后以每个字符出现次数作为权值，调用ChuffmanTree（）函数构建哈夫曼树；并调用print1（）和print2（）函数将哈夫曼的存储结构的初态和终态进行输出。
然后调用HuffmanEncoding（）函数对哈夫曼树进行编码，调用coding（）函数将编码写入文件；再调用decode（）对编码进行译码，再输出至界面。
至此，整个工作就完成了。
测试数据：
例如从文本中读到文章为：
IAMASTUDENT。
则效果如下：
IAMASTUDENT
--------------------------------------
HuffmanTree的初态:
2000
1000
1000
1000
1000
1000
1000
2000
1000
-000
-000
-000
-000
-000
-000
-000
-000
--------------------------------------
字符A次数:
2
字符D次数:
1
字符E次数:
1
字符I次数:
1
字符M次数:
1
字符N次数:
1
字符S次数:
1
字符T次数:
2
字符U次数:
1
--------------------------------------
HuffmanTree的终态:
21300
11000
11000
11100
11100
11200
11200
21400
11300
21423
21545
21567
31691
416810
4171112
7171314
1101516
--------------------------------------
译码后的字符串:
IAMASTUDENT
**********************************************************
Pressanykeytocontinue
三维谷屋
3系统（项目）设计
（1）设计思路及方案
本课题是用最优二叉树即哈夫曼树来实现哈夫曼编码译码器的功能。
假设每种字符在电文中出现的次数为Wi，编码长度为Li，电文中有n种字符，则电文编码总长度为（W1*L1）+（W2*L2）+…+（Wi*Li）。
若将此对应到二叉树上，Wi为叶结点，Li为根结点到叶结点的路径长度。
那么，（W1*L1）+（W2*L2）+…+（Wi*Li）恰好为二叉树上带权路径长度。
三维谷屋
因此，设计电文总长最短的二进制前缀编码，就是以n种字符出现的频率作权，构造一棵哈夫曼树，此构造过程称为哈夫曼编码。
该系统将实现以下几大功能：
从硬盘读取字符串，建立哈夫曼树，输出哈夫曼树的存储结构的初态和终态，输出各种字符出现的次数以及哈夫曼编码的译码等。
（2）模块的设计及介绍
①从硬盘读取字符串
fileopen（参数）
{
实现命令；
打印输出；
}
②建立HuffmanTree
通过三个函数来实现：
voidselect（参数）
{
初始化；
for
{
接受命令；
处理命令；
}
}
说明：
在ht[1....k]中选择parent为0且权值最小的两个根结点的算法
intjsq（参数）
{
初始化；
for
{
接受命令；
处理命令；
}
}
说明：
统计字符串中各种字母的个数以及字符的种类
voidChuffmanTree（）
{
初始化；
for
{
接受命令；
处理命令；
}
输出字符统计情况；
}
说明：
构造哈夫曼树
③输出哈夫曼树的存储结构的初态和终态
分别调用print1（）和print2（）来实现
voidprint1（参数）
{
初始化；
输出初态；
}
说明：
输出哈夫曼树的初态
voidprint2（参数）
{
for
{
输出终态；
}
}
说明：
输出哈夫曼树的终态
④哈夫曼编码和译码
voidHuffmanEncoding（参数）
{
定义变量；
{
处理命令；
}
}
说明：
哈夫曼编码
char*decode（参数）
{
定义变量；
while
{
接受命令；
处理命令；
}
}
说明：
哈夫曼译码
（3）主要模块程序流程图
下面介绍三个主要的程序模块流程图：
①主函数流程图：
图3.1
流程图注释：
该图比较简单，主要是调用各个函数模块，首先代开已经存在的文件，然后统计总的字符数以及出现的各个字符和频率。
然后才开始建立哈夫曼树，接着在哈夫曼树的基础上对其进行编码，编码之后才是译码。
最后输出结束。
②构造哈夫曼树：
图3.2
流程图注释：
该图是表示构造哈夫曼树的过程。
首先输入num个叶结点的权值，当i=num是循环结束。
然后进行哈夫曼树的构建，当i=2*num-1是循环结束。
最后输出所得到的字符统计情况。
三维谷屋返利
③哈夫曼编码：
图3.3
流程图解释：
该流程图表四哈夫曼编码情况。
首先初始化，Cd[--start]=0,start=num。
然后进行
编码，使用了一个三目运算符。
cd[--start]=（T[p].lchild==c）?
'0':
'1'，即当cd[--start]=T[p].lchild==c时，cd[--start]=0；当cd[--start]=T[p].lchild！
==c时，cd[--start]=1。
这个编码循环一直到i=num时结束。
4系统实现
各模块关键代码及算法的解释：
1主调函数
代码解释：
这是main函数里的各个函数调用情况。
fileopen（string）;//从硬盘中读取文件
num=jsq（string,cnt,str）;//统计字符种类及各类字符出现的频率
DhuffmanTree（HT,cnt,str）;
printf（"HuffmanTree的初态:
\n"）;
print1（HT）;//输出哈夫曼树的初态
ChuffmanTree（HT,HC,cnt,str）;//建立哈夫曼树
HuffmanEncoding（HT,HC）;//生成哈夫曼编码
printf（"HuffmanTree的终态:
\n"）;
print2（HT）;//输出哈夫曼树的终态
s=decode（HC）;//读编码文件译码
printf（"译码后的字符串:
\n"）;
printf（"%s\n",s）;//输出译码后的字符串
2建立HuffmanTree
代码解释：
该函数为在ht[1....k]中选择parent为0且权值最小的两个根结点的算法，其序号为s1和s2。
voidselect（HuffmanTreeT,intk,int&s1,int&s2）
{
inti,j;
intmin1=101;
for（i=1;i<=k;i++）
if（T[i].weight{
j=i;min1=T[i].weight;
}
s1=j;min1=32767;
for（i=1;i<=k;i++）
if（T[i].weight=s1）
{
j=i;min1=T[i].weight;
}
s2=j;
}
代码解释：
下面函数用来统计字符串中各种字母的个数以及字符的种类。
当字符在A和Z之间时即被计数，并用str[j]保存字母到数组中，用cnt[j]统计每种字符个数。
j返回总共读取的字符数目。
intjsq（char*s,intcnt[],charstr[]）
{
inti,j,k;
char*p;
inttemp[27];
for（i=1;i<=26;i++）
temp[i]=0;
for（p=s;*p!
='\0';p++）
{
{
if（*p>='A'&&*p<='Z'）
k=*p-64;
temp[k]++;
}
}//统计各种字符的个数
for（i=1,j=0;i<=26;++i）
if（temp[i]!
=0）
{
j++;
str[j]=i+64;//送对应的字母到数组中
cnt[j]=temp[i];//存入对应字母的权值
}
returnj;//j是输入字母总数
}
代码解释：
下面函数用来构造哈夫曼树HT。
首先初始化哈夫曼树，然后输入前面统计的各结点的权值，用for循环来构造哈夫曼树。
voidChuffmanTree（HuffmanTreeHT,HuffmanCodeHC,intcnt[],charstr[]）
{
inti,s1,s2;
for（i=1;i<=2*num-1;i++）//初始化HT，2*num-1是指哈夫曼
//所有的结点数目
{
HT[i].lchild=0;HT[i].rchild=0;
HT[i].parent=0;HT[i].weight=0;
}
for（i=1;i<=num;i++）//输入num个叶结点的权值
HT[i].weight=cnt[i];
for（i=num+1;i<=2*num-1;i++）
{
select（HT,i-1,s1,s2）;
HT[s1].parent=i;HT[s2].parent=i;
HT[i].lchild=s1;HT[i].rchild=s2;
HT[i].weight=HT[s1].weight+HT[s2].weight;
}
//在ht[1....k]中选择parent为0且权值最小
//的两个根结点,其序号为s1和s2,i为双亲
for（i=0;i<=num;i++）//输入字符集的中字符
HC[i].ch=str[i];//字符的种类
i=1;while（i<=num）
printf（"字符%c次数:
%d\n",HC[i].ch,cnt[i++]）;
}//输出统计的情况
3生成Huffman编码并写入文件
代码解释：
根据哈夫曼树T求哈夫曼编码H。
voidHuffmanEncoding（HuffmanTreeT,HuffmanCodeH）
{
intc,p,i;//c和p分别指示t中孩子和双亲
charcd[n];//临时存放编码串
intstart;//指示码在cd中的起始位置
cd[num]='\0';//最后一位（第num个）放上串结束符
for（i=1;i<=num;++i）
{
start=num;//初始位置
升级会员 