数据结构设计报告.docx
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数据结构设计报告
课程设计报告
课程名称《数据结构》
课题名称对电文中的字符串编码和译码
专业
班级
学号
姓名
指导教师
2011年12月26日
湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称数据结构
课题对电文中的字符串编码和译码
专业班级
学生姓名
学号
指导老师
审批
任务书下达日期2011年12月12日
任务完成日期2011年12月26日
一、设计内容与设计要求
1．设计内容：
[问题描述] Huffman编码是一种最优变长码，即带权路径最小。
这种编码有很强的应用背景，是数据压缩中的一个重要理论依据。
对输入的一串文字符号实现Huffman编码，再对Huffman编码生成的代码串进行译码，输出电文字符串。
[基本功能]
1）．针对给定的字符串，建立Huffman树。
2）．生成Huffman编码。
3）．对编码文件译码。
2．设计要求：
1）．设计正确，方案合理。
2）．界面友好，使用方便。
3）．程序精炼，结构清晰。
4）．设计报告5000字以上，含程序设计说明、系统的功能框图、流程图、源程序清单等。
5）．实际操作过程中遇到的问题及解决方法：
设计总结及心得体会。
6）．上机演示。
二、进度安排
第17周星期一8时：
00分——11时：
30分
星期二14时：
00分——17时：
30分
星期三14时：
00分——17时：
30分
星期五14时：
00分——17时：
30分
第18周星期一8时：
00分——11时：
30分
星期二8时：
00分——11时：
30分
附：
课程设计报告装订顺序：
封面、任务书、目录、正文、评分、附件（A4大小的图纸及程序清单）。
正文的格式:
一级标题用3号黑体,二级标题用四号宋体加粗,正文用小四号宋体;行距为22。
正文的内容:
一、课题的主要功能；二、课题的功能模块的划分（要求画出模块图）；三、主要功能的实现（至少要有一个主要模块的流程图）；四、程序调试；五、总结；六、附件（所有程序的源代码，要求对程序写出必要的注释）。
正文总字数要求在5000字以上（不含程序源代码）。
目录
1.需求分析1
1.1问题描述1
1.2程序的功能1
2.概要设计1
1.1系统的总体设计1
2.2各模块的功能2
2.3相关数据结构设计3
3.详细设计3
3.1采用C语言定义相关的数据类型3
3.2优先级结果比较函数4
3.4函数主模块5
4.系统调试5
5.运行结果7
5.1输入界面7
5.2求值界面8
5.3退出程序9
5.4程序调试中的问题9
6.心得体会9
7.附录10
7.1程序清单10
7.2.参考文献16
8.评分表17
1.需求分析
1.1问题描述
问题描述：
Huffman编码是一种最优变长码，即带权路径最小。
这种编码有很强的应用背景，是数据压缩中的一个重要理论依据。
对输入的一串文字符号实现Huffman编码，再对Huffman编码生成的代码串进行译码，输出电文字符串。
1.2程序的功能
1）．针对给定的字符串，建立Huffman树。
2）．生成Huffman编码。
3）．对编码文件译码。
2.概要设计
1.1系统的总体设计
1）.确定哈夫曼树和哈夫曼编码的储存表示
2）.在HT[1..n]中选择parent为0的且weight最小的两个节点s1和s2
3）.w存放n个字符的权值（均>0），构造哈夫曼树HT，输出静态链表（数组）储存哈夫曼树储存结构模拟，然后求出n个字符的哈夫曼编码HC
4）.利用哈夫曼编码对密文进行译码，输出译后的字符串
5）.在main（）中实现：
输入一串字符（正文），计算不同字符（包括空格）的数目以及每种字符出现的频率（以该种字符出现的次数作为其出现频率,然后调用各子函数实现该程序功能
6）.程序的输出，程序输出的形式：
7）.统计字符出现次数并输出
8）.根据字符出现次数求出哈夫曼编码并输出（根据算法差异得到的编码可能不同，但应具有两个特征，一是编码长度应与表中相同，二是编码应该是前缀编码）
9）.以树的形式输出哈夫曼树
10）.程序总体结构设计图：
是
否
2.2各模块的功能
1）.创建哈弗曼树
intCreat（HuffmanTree&ht,HTNodech[N],intn）
2）．对所有的叶子节点进行编码
voidCrtHuffmanCode（HuffmanTreeht,Charhc[N],intn）
3）.输出哈弗曼树
voidPrint（HuffmanTreeht,intm）
4）.输出哈弗曼码
voidPrintHuffmanCode（HuffmanTreeht,Charhc[],intn）//输出哈弗曼码
5）.对字符串译码
voidTrsHuffmanTree（Huffmanht,WeightNodew,HuffmanCodehc,intn,intm）
6）.寻找权值最小的两个结点
voidSearch（HuffmanTree&ht,intflag[2],intn）
6）.输入字符串
intInput（HTNodech[N]）
2.3相关数据结构设计
1）初始化：
a.输入正文:
输入一串字符（正文）
b.统计字符出现次数并输出:
计算不同字符（包括空格）的数目以及每种字符出现的频率（以该种字符出现的次数作为其出现频率）
c.求出哈夫曼编码并输出
d.以树的形式输出哈夫曼树
e.编码：
发送方利用得到的哈夫曼编码对正文进行编码，输出密文
f.译码：
接收方利用哈夫曼编码对密文进行译码，输出译后的字符串
3.详细设计
3.1采用C语言定义相关的数据类型
定义了两个结构体HTNode为哈弗曼树形结构，WNode存放叶子节点的信息。
#include
#include
#include
#defineN20
typedefchar*Char;
typedefstructNode
{
chardata;//存放节点的数据
intweight;//存放节点的权值
intparent;//双亲节点信息
intlchild;//左孩子的信息
intrchild;//右孩子的信息
intflag;//判断真假
}HTNode,*HuffmanTree;//0号未用
3.2优先级结果比较函数
1）.初始化：
构造哈弗曼树
a.输入:
输入字符和它的权值
b.求出哈夫曼编码并输出
c.以树的形式输出哈夫曼树
2）.编码：
发送方利用得到的哈夫曼编码对正文进行编码，输出密文
3）.译码：
接收方利用哈夫曼编码对密文进行译码，输出译后的字符串
3.3函数各模块功能分析
1）创建哈弗曼树：
首先开辟空间，对哈弗曼树赋初值，用flag为0或1来标志它是否被访问过。
然后从叶子节点到双亲节点依次构造哈弗曼树。
2）对哈弗曼树进行编码：
构造哈弗曼树之后，对每个叶子节点进行编码，将其存放在数组中，方便之后进行解码。
3）输入模块：
最开始输入字符及它出现的频率，用N/Y判断是否输入完成，用n记录输入字符的个数，依次存放到数组ch[n].data,和ch[n].weight中。
4）search函数：
寻找叶子节点中权值最小的节点，为构造哈弗曼树建立基础。
5）解码：
将输入的0、1字符串解码为字符。
从根节点开始，依次扫描，若遇到0则指向左孩子节点若为1则指向右孩子节点，知道遇到左右孩子节点都为0则将其叶子节点信息（字符）输出。
完成解码过程。
6）主函数中调用了Creat（ht,ch,num）CrtHuffmanCode（ht,hc,num）PrintHuffmanCode（ht,hc,num）Decoding（ht,str,m）等函数，将问题实现了，
在创建哈弗曼树的时候调用了Search（ht,flag,i-1）函数，找出叶子节点中权值最小的两个节点，就可以成功的将哈弗曼树构造出来。
3.4函数主模块
voidmain（）
{
HTNodech[N];
intnum=Input（ch）;
HuffmanTreeht;
intm=Creat（ht,ch,num）;
Print（ht,m）;
Charhc[N];
CrtHuffmanCode（ht,hc,num）;
PrintHuffmanCode（ht,hc,num）;
intflag=1;
while（flag）
{
charstr[N];
printf（"输入字符串:
"）;
scanf（"%s",&str）;
Decoding（ht,str,m）;
printf（"是否继续输入:
"）;
getchar（）;
charch;
scanf（"%c",&ch）;
if（'n'==ch||'N'==ch）
flag=0;
}
}
4.系统调试
问题1：
统计字符出现次数并输出；
解决方案：
运用for循环和数组来实现该功能
问题2：
输出哈弗曼树；
解决方案：
运用静态链表（数组）进行哈夫曼树储存结构模拟
问题3：
构造哈弗曼树；
解决方案：
利用结构体数组来存储，这样可以方便将每个叶节点的信息保存，输出，调用。
初始化：
输入一串字符（正文），计算不同字符（包括空格）的数目以及每种字符出现的频率（以该种字符出现的次数作为其出现频率），根据权值建立哈夫曼树，输出每一种字符的哈夫曼编码。
编码：
利用求出的哈夫曼编码，对该正文（字符串）进行编码，并输出。
译码：
对于得到的一串编码，利用已求得的哈夫曼编码进行译码，将译出的正文输出。
输出哈夫曼树形态：
以树的形式输出哈夫曼树。
程序相对比较复杂，以四维数组为哈弗曼树的存储结构在数据通信中，经常需要将传送的文字转换成为二进制字符0和1组成的二进制字符串，称这个过程为编码。
显然，希望电文编码的代码长度最短。
哈夫曼树可用于构造使电文编码的代码长度最短的编码方案。
在程序运行中出现很多问题，比如说在解码的时候对输入的0、1串不能正确解码，后来多增加了一个结构体来存叶子节点的信息将这个问题成功解决。
5.运行结果
5.1输入界面
5.2求值界面
5.3退出程序
5.4程序调试中的问题
（1）统计字符出现次数并输出，本程序只能输入therearethreestudents（char型）来运行，该处可以运用其他函数或方法进行改进
（2）译码处存在问题，可以进一步改进
（3）进行更多的输入的编码和译码，使程序更具实用性
（4）多应用一些C++知识，使程序更加简洁一些
6.心得体会
通过这次课题实验的程序实践，我实在获益匪浅！
数据结构是这个学期开展的一门学科，学习好这门学科是非常重要的，在以后的程序设计方面这门学科能给我们很大的帮助。
同时，学习这门学科也是艰辛的，因为它比较难懂，这不仅需要我们要发挥我们的聪明才志，还需要我们在不断的实践中领悟。
这次的程序设计对我来说无疑是一个具大的考验，从接起课题后，我就一直为实现程序而努力，翻阅相关书籍、在网上查找资料。
因为开始时基础不是很好，过程中遇到了不少的阻碍，编写程序的进度也比较慢。
虽然如此，但是通过自己的努力与老师的指导及同学的帮助，我对这次实验的原理有了一定的理解，通过参照从网上找到的源程序，终于在其它源程序的基础下写出了本次实验的核心算法，并使其能够正常的运行。
这将近两个星期的设计工作，让我体会到了作为一个编程人员的艰难，一个算法到具体实现，再到应用层面的开发是需要有一段较长的路要走的，不是一朝一夕就可以实现的，而且在编好程序后，编程人员还要花很多的时间去完善它，其中包含的心酸，外人是不会明白的。
非常感谢在背后一直给我指导的老师和同学，他们的支持和鼓励让我在遇到挫折时能够站起来战胜它，也让我走到了今天这一步，完成了实验的设计。
今后，我会更加努力的学习专业知识，提高自我的能力。
7.附录
7.1程序清单
#include
#include
#include
#defineN20
typedefchar*Char;
typedefstructNode
{
chardata;
intweight;
intparent;
intlchild;
intrchild;
intflag;
}HTNode,*HuffmanTree;//0号未用
intInput（HTNodech[N]）//输入字符串
{
intflag=1;
intn=0;
while（flag&&n!
=N）
{
printf（"inputwordweight:
"）;
scanf（"%c%d",&ch[n].data,&ch[n].weight）;
getchar（）;
ch[n].parent=0;//用来标记
printf（"continueinput:
（Y/N）"）;
charselect;
scanf（"%c",&select）;
getchar（）;
if（'n'==select||'N'==select）//判断输入终止的条件
{
flag=0;
}
++n;//计数
}
returnn;
}
voidSearch（HuffmanTree&ht,intflag[2],intn）//寻找权值最小的两个结点
{
intmin;
for（inti=0;i<2;++i）
{
min=0;
intmark=0;
for（intj=1;j<=n;++j）
{
if（0==ht[j].flag）
{
if（!
mark）
{
min=j;
mark=1;
}
if（ht[min].weight>ht[j].weight）
{
min=j;
}
}
}
flag[i]=min;
ht[min].flag=1;//删除
}
}
//出的问题在于逻辑上，没有考虑清楚
//出现很多逻辑错误
intCreat（HuffmanTree&ht,HTNodech[N],intn）//构造哈弗曼树
{
intm=2*n-1;
ht=（HuffmanTree）malloc（（m+1）*sizeof（HTNode））;
inti;
for（i=1;i<=n;++i）
{
ht[i].data=ch[i-1].data;
ht[i].weight=ch[i-1].weight;
ht[i].lchild=0;
ht[i].rchild=0;
ht[i].parent=0;
ht[i].flag=0;
}
for（i=n+1;i<=m;++i）
{
ht[i].weight=0;
ht[i].lchild=0;
ht[i].rchild=0;
ht[i].parent=0;
ht[i].flag=0;//用来标记是否被访问
}
intflag[2];
for（i=n+1;i<=m;++i）
{
Search（ht,flag,i-1）;
ht[i].data='#';//标示没有
ht[i].weight=ht[flag[0]].weight+ht[flag[1]].weight;
ht[flag[0]].parent=i;
ht[flag[1]].parent=i;
ht[i].lchild=flag[0];//合并
ht[i].rchild=flag[1];
//printf（"%d%c%d%d%d%d\n",i,ht[i].data,ht[i].weight,ht[i].parent,flag[0],flag[1]）;
}
returnm;
}
voidCrtHuffmanCode（HuffmanTreeht,Charhc[N],intn）//编码
{
char*cd;
cd=（char*）malloc（n*sizeof（char））;
cd[n-1]='\0';
for（inti=1;i<=n;++i）//1n之间是叶子
{
intstart=n-1;
intc=i;
intp=ht[i].parent;
while（p）//一直找到根,这是从叶子到根
{
--start;
if（c==ht[p].lchild）
{
cd[start]='0';
}
else
{
cd[start]='1';
}
c=p;
p=ht[p].parent;
}
hc[i]=（char*）malloc（（n-start）*sizeof（char））;
strcpy（hc[i],&cd[start]）;
}
free（cd）;
}
voidPrint（HuffmanTreeht,intm）//输出哈弗曼树
{printf（"输出蛤夫曼树：
\nhtdataweightparentlchildrchild\n"）;
for（inti=1;i<=m;++i）
{printf（"%3d\t%c\t%d\t%d\t%d\t%d\n",i,ht[i].data,ht[i].weight,ht[i].parent,ht[i].lchild,ht[i].rchild）;
}
}
voidPrintHuffmanCode（HuffmanTreeht,Charhc[],intn）//输出哈弗曼码
{printf（"输出蛤夫曼编码：
\n"）;
for（inti=1;i<=n;++i）
{printf（"%c\t",ht[i].data）;
printf（"%s\n",hc[i]）;
}
}
voidDecoding（HuffmanTreeht,charstr[N],intn）//解码
{
for（inti=0;str[i]!
='\0';）
{
intp=n;//p应该是根
while（ht[p].lchild||ht[p].rchild）
{
if（'0'==str[i]）
{
p=ht[p].lchild;
}
else
{
p=ht[p].rchild;
}
++i;
}
printf（"%c",ht[p].data）;
}
printf（"\n"）;
}
voidmain（）
{HTNodech[N];
intnum=Input（ch）;
HuffmanTreeht;
intm=Creat（ht,ch,num）;
Print（ht,m）;
Charhc[N];
CrtHuffmanCode（ht,hc,num）;
PrintHuffmanCode（ht,hc,num）;
intflag=1;
while（flag）
{
charstr[N];
printf（"输入字符串:
"）;
scanf（"%s",&str）;
Decoding（ht,str,m）;
printf（"是否继续输入:
"）;
getchar（）;
charch;
scanf（"%c",&ch）;=
if（'n'==ch||'N'==ch）
flag=0;
}
}
7.2.参考文献
[1]数据结构（C语言版）147页.赫夫曼树和赫夫曼树编码的存储表示，及求赫夫曼编码的算法
[2]C语言设计（第三版）371页—377页附录EC库函数.用于程序的开始
[3]网络.赫夫曼译码
[4]数据结构课程设计指导丛书.
[5]谭浩强.C程序设计（第三版）.北京：
清华大学出版，2005
[6]谭浩强.C程序设计（第四版）.北京：
清华大学出版，2010
[7]李春葆尹为民.数据结构.北京：
清华大学出版，2010.
[8]C编写组编.常用C语言用法速查手册.北京：
龙门书局，1995
8.评分表
计算机与通信学院课程设计评分表
课程名称：
数据结构
项目
评价
设计方案的合理性与创造性
设计与调试结果
设计说明书的质量
答辩陈述与回答问题情况
课程设计周表现情况
综合成绩
教师签名：
日期：
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