赫夫曼编码课程设计.docx

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赫夫曼编码课程设计

《数据结构与算法》课程设计

（2012/2013学年第二学期19周）

指导教师：

杨东鹤王敏丽

《数据结构与算法》课程设计

目录

一、题目1

二、实验目的1

三、需求分析1

四、概要设计2

五、详细设计3

六、调试分析12

1、输入八个字符和频率12

2、开始界面13

3、对文件ToBeTran.txt编码：

16

4、对文件Code.txt译码：

17

5、打印代码17

6、打印赫夫曼树18

7、退出20

七、实验心得与体会20

一、题目

利用哈夫曼编码进行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。

对于双工信道（即可以双向传输信息的信道）,每端都需要一个完成的编\译码系统。

试为这样的信息收发站写一个哈夫曼的编\译码系统。

一个完整的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，建立赫夫曼树，并将它存于文件hfmTree中。

（2）E：

编码（Encoding）。

利用已建好的赫夫曼树（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）。

利用已建好的赫夫曼树将文件CodeFile中的代码进行译码，结果存入文件Textfile中。

以下为选做：

（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：

印赫夫曼树（Treeprinting）。

将已在内存中的赫夫曼树以直观的方式（比如树）显示在终端上，同时将此字符形式的赫夫曼树写入文件TreePrint中。

二、实验目的

（1）已知某系统在通信联络中只可能出现八种字符，其频率分别为0.05,0.29,0.07,0.08,0.14,0.23,0.03,0.11，试设计赫夫曼编码。

（2）用下表给出的字符集和频度的实际统计数据建立赫夫曼树，并实现以下报文的编码和译码：

“THISPROGRAMEISMYFAVORITE”。

字符

A

B

C

D

E

F

G

H

I

J

K

L

M

频度

186

64

13

22

32

103

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

实现提示

（1）编码结果以文本方式存储在文件Codefile中。

（2）用户界面可以设计为“菜单”方式：

显示上述功能符号，再加上“Q”，表示退出运行Quit。

请用户键入一个选择功能符。

此功能执行完毕后再显示此菜单，直至某次用户选择了“Q”为止。

（3）在程序的一次执行过程中，第一次执行I，D或C命令之后，赫夫曼树已经在内存了，不必再读入。

每次执行中不一定执行I命令，因为文件hfmTree可能早已建好。

三、需求分析

（1）在通信过程中，为了提高信道利用率，缩短信息传输时间降，低传输成本，需要一个编译码器。

（2）此哈夫曼编/译码器应具有编和译的双向功能,即在发送端通过编码系统对传入的数据进行编码,

在接受端将数据译码.将具有这两项功能的编译码器用于双工信道,就可满足双工信道的双向编译功能.

（3）输入某段报文时,系统将自动完成编译输出.

四、概要设计

本程序主要定义了6个函数:

voidInitialization（）;//初始化

voidHuffmanCoding（HuffmanTree&HT,HuffmanCode&HC,int*w,intn）;//初始化时的编码函数

voidSelect（HuffmanTreeHT,intt,int&s1,int&s2）;//选择函数，选择最小的2个权值

voidEncoding（）;//编码函数

voidDecoding（）;//译码函数

voidPrint（）;//编码的打印

voidTree_printing（HuffmanTreeHT,intw）;//哈夫曼树的打印

1）分析哈夫曼树的定义

1.哈夫曼树节点的数据类型定义为：

typedefstruct

{

unsignedintweight;//结点权值

unsignedintparent,lchild,rchild;//结点的父指针，左右孩子指针

}HTNode,*HuffmanTree;//动态分配数组存储哈夫曼树

typedefchar**HuffmanCode;//动态分配数组存储哈夫曼编码表

2）所实现的功能函数如下

1、intmain（）

主函数：

利用已建好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件hfmTree.txt中读入）

对文件中的正文进行编码，然后将结果存入文件Codefile.txt中。

如果正文中没有要编码的字符，则键盘读入并存储到ToBeTran文件中。

读入ToBeTran中将要编码的内容，将编码好的哈夫曼编码存储到CodeFile中。

2、voidHuffmanCoding（HuffmanTree&HT,HuffmanCode&HC,int*w,intn）

初始化哈夫曼树，处理InputHuffman（HuffmanHfm）函数得到的数据，按照哈夫曼规则建立2叉树。

此函数块调用了Select（）函数。

3、voidSelect（HuffmanTreeHT,intt,int&s1,int&s2）;

Select函数，选出HT树到a为止，权值最小且parent为0的2个节点

4、Encoding

编码功能：

对输入字符进行编码

5、Decoding

译码功能：

利用已建好的哈夫曼树将文件Codefile.txt中的代码进行译码，结果存入文件textfile.dat中。

6、Print（）

打印功能函数：

输出哈夫曼树，字符，权值，以及它对应的编码。

7、voidTree_printing（HuffmanTreeHT,intw）

打印赫夫曼树

系统结构图（功能模块图）

五、详细设计

#include

#include

#include

#include

#include

#include

usingnamespacestd;

typedefstruct

{doubleweight;//结点权值

unsignedintparent,lchild,rchild;//结点的父指针，左右孩子指针

}HTNode,*HuffmanTree;//动态分配数组存储哈夫曼树

typedefchar**HuffmanCode;//动态分配数组存储哈夫曼编码表

voidInitialization（）;//初始化

voidHuffmanCoding（HuffmanTree&HT,HuffmanCode&HC,int*w,intn）;//初始化时的编码函数

voidSelect（HuffmanTreeHT,intt,int&s1,int&s2）;//选择函数，选择最小的2个权值

voidEncoding（）;//编码

voidDecoding（）;//译码

voidPrint（）;//编码的打印

voidTree_printing（HuffmanTreeHT,intw）;//哈夫曼树的打印

//全局变量

HuffmanTreeHT;//哈夫曼树HT

HuffmanCodeHC;//哈夫曼编码表HC

int*w;

inti,j,n;

char*z;

intflag=0;

intnumb=0;

voidInitialization（）

{

flag=1;

intnum;

doublenum2;

cout<<"初始化"<

cout<<"请输入字符的个数n"<

cin>>num;

n=num;

w=（int*）malloc（n*sizeof（int））;

z=（char*）malloc（n*sizeof（char））;

cout<<"请依次输入字符:

"<

charbase[2];

getchar（）;

for（i=0;i

{

cout<<"第"<

"<

gets（base）;//由于要接受空格，cin函数不能区分空格和回车，所以改用gets

*（z+i）=*base;

}

cout<

cout<<"输入的字符为：

";

for（i=0;i<=n-1;i++）

{

cout<<*（z+i）;

}

cout<

cout<<"请输入"<

"<

for（i=0;i<=n-1;i++）

{

cout<<"第"<

"<

cin>>num2;

*（w+i）=num2;

}

cout<

HuffmanCoding（HT,HC,w,n）;

//存入文件hfmTree中

cout<<"inputfile"<

ofstreamoutfile（"htmTree.txt",ios:

:

out）;

if（!

outfile）

{

cerr<<"openerror!

"<

exit

（1）;

}

for（i=0;i

outfile<<*（z+i）<<"";

outfile<

for（i=0;i

outfile<<*（w+i）<<"";

outfile<

for（i=1;i<=n;i++）

outfile<

outfile<

outfile.close（）;

cout<<"字符与对应编码已写入文件htmTree.txt中"<

cout<

}

//--------------算法6.12--------------------------

voidHuffmanCoding（HuffmanTree&HT,HuffmanCode&HC,int*w,intn）

{

//w存放n个字符的权值（均>0）,构造赫夫曼树HT,并求出n个字符的赫夫曼编码HC

intm,i,s1,s2,start;

intc,f;

HuffmanTreep;

char*cd;

if（n<=1）