哈夫曼编码译码课程设计报告.docx
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哈夫曼编码译码课程设计报告
《数据结构》课程设计
——赫夫曼编码/译码器设计
指导教师：
李文书、周维达
班级：
10电信实验班
学号：
Q10600132
姓名：
王彬彬
一、实验目的
1、提高分析问题、解决问题的能力，进一步巩固数据结构各种原理与方法。
2、熟悉掌握一门计算机语言，可以进行数据算法设计。
二、实验原理
哈夫曼编\译码器的主要功能是先建立哈夫曼树，然后利用建好的哈夫曼树生成哈夫曼编码后进行译码。
在数据通信中，经常需要将传送的文字转换成由二进制字符0、1组成的二进制串，称之为编码。
构造一棵哈夫曼树，规定哈夫曼树中的左分之代表0，右分支代表1，则从根节点到每个叶子节点所经过的路径分支组成的0和1的序列便为该节点对应字符的编码，称之为哈夫曼编码。
最简单的二进制编码方式是等长编码。
若采用不等长编码，让出现频率高的字符具有较短的编码，让出现频率低的字符具有较长的编码，这样可能缩短传送电文的总长度。
哈夫曼树课用于构造使电文的编码总长最短的编码方案。
主要流程图如下：
3、实验步骤
1：
写好流程图，设计实验方案。
2：
初始化，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HuofumanTree中。
3：
编码。
利用已建好的哈夫曼树，对文件ToBeTran中的正文进行编码，然后将结果存入文件CodeFile中。
4：
译码。
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。
5：
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CodePrint中。
6：
印哈夫曼树（Treeprinting）.将已在内存中的哈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哈夫曼树写入文件TreePrint中。
具体函数如下：
1：
Initialization（）初始化
2：
Encoding（）编码
3：
Decoding（）译码
4：
Print_file（）打印代码文件
5：
search（k,j,p）搜索二叉树
6：
Print_tree（）打印二叉树
7：
menu（）主菜单
9：
main（）主函数
4、实验结果与分析
（1）大致个人测试案例：
主界面：
初始化：
Huofuman.txt初始化存入文件结果如下：
编码结果如下：
codefile.txt编码存入文件如下：
译码结果如下：
textfile.txt译码存入文件如下：
打印结果如下：
打印树结果如下：
treeprint.txt存入文件结果如下：
（2）本例测试案例_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，试设计哈夫曼编码。
解：
假设八种字符为ABCDEFGH,将各个概率乘以100可得权值为529781423311
启动程序，测试得：
初始化：
编码：
译码打印结束：
（3）本例测试案例_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：
“THISPROGRAMEISMYFAVORITE”。
字符
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
频度
188
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
解：
先假设空格为#，所以输入字符时，将空格变为#。
输入如下：
先将从空格到Z输入权值
然后对字符进行编码：
空格到Z译码
然后输入字符串并编码：
保存到Codefile.txt中
然后将开始译码并结束
将译码结果保存到Textfile.txt中
5、实验总结
从这个课程设计中，我发现了很多问题，包括文件存储，字符串输入等等，最主要的是经历了一次找BUG的过程，当把自己写的代码里的错误一个一个找出来时，是非常非常兴奋的。
还是希望能有多这个经历。
不喜欢copy，如果copy了，就缺少了一次挑战自己的经历。
六、主要代码
//Huffman_2.cpp:
Definestheentrypointfortheconsoleapplication.
//
#include"stdafx.h"
#include
#include
#include
#include
#definemaxsize1000
#definelen20
#definerowsize20
//--------初始化-------------//
struct
{
intparent;
intlchild,rchild;
intweight;
}HFM_tree[maxsize];
struct
{
intweight;
charhfstr;
}HFM_num[maxsize];
struct
{
intstart;
intbit[len];
}HFM_hf;
struct
{
intstart;
charhfch;
intbit[len];
intlength;
}HFM_code[maxsize];
intleaves;
voidInitialization（）
{
inti,j;
FILE*HFM_f;
HFM_f=fopen（"HuofumanTree.txt","w"）;
if（HFM_f==NULL）
{
printf（"createfileerror!
\n"）;
}
printf（"请输入字符集大小:
"）;
scanf（"%d",&leaves）;
fprintf（HFM_f,"----输入的值-----\n"）;
fprintf（HFM_f,"字符大小%4d\n",leaves）;
fprintf（HFM_f,"字符权值\n"）;
for（i=0;i{
printf（"请输入第%d个字符和其权值:
",i+1）;
scanf（"%c",&HFM_num[i].hfstr）;
scanf（"%d",&HFM_num[i].weight）;
fprintf（HFM_f,"%4c",HFM_num[i].hfstr）;
fprintf（HFM_f,"%4d\n",HFM_num[i].weight）;
//存储字符和权值
}
//-----建立哈夫曼树-----//
for（i=0;i{
HFM_tree[i].parent=-1;
HFM_tree[i].lchild=-1;
HFM_tree[i].rchild=-1;
HFM_tree[i].weight=0;
}
for（i=0;i{
HFM_tree[i].weight=HFM_num[i].weight;
}
for（i=0;i{
intm1,m2;
intm1_pos,m2_pos;
m1=m2=65536;
m1_pos=m2_pos=0;
for（j=0;j{
if（HFM_tree[j].weight{
m2=m1;
m1=HFM_tree[j].weight;
m2_pos=m1_pos;
m1_pos=j;
}
else
{
if（HFM_tree[j].weight{
m2=HFM_tree[j].weight;
m2_pos=j;
}
}
}
HFM_tree[leaves+i].parent=-1;
HFM_tree[leaves+i].lchild=m1_pos;
HFM_tree[leaves+i].rchild=m2_pos;
HFM_tree[m1_pos].parent=leaves+i;
HFM_tree[m2_pos].parent=leaves+i;
HFM_tree[leaves+i].weight=m2+m1;
}
//----输出哈夫曼树----//
printf（"----------------哈夫曼编码--------------\n"）;
printf（"parentlchildrchildweight\n"）;
fprintf（HFM_f,"-------------哈夫曼编码------------\n"）;
fprintf（HFM_f,"parentlchildrchildweight\n"）;
for（i=0;i{
printf（"%8d%8d%8d%8d\n",HFM_tree[i].parent,HFM_tree[i].lchild,HFM_tree[i].rchild,HFM_tree[i].weight）;
fprintf（HFM_f,"%8d%8d%8d%8d\n",HFM_tree[i].parent,HFM_tree[i].lchild,HFM_tree[i].rchild,HFM_tree[i].weight）;
}
printf（"\n"）;
fclose（HFM_f）;
}
//--------编码--------------//
voidEncoding（）
{
inti,j,p,c,k;
FILE*HFM_f=fopen（"CodeFile.txt","w"）;
if（HFM_f==NULL）
{
printf（"openfileerror!
\n"）;
}
for（i=0;i{
c=i;
p=HFM_tree[i].parent;
HFM_hf.start=len-1;
while（p!
=-1）
{
if（HFM_tree[p].lchild==c）
{
HFM_hf.bit[HFM_hf.start]=0;
}
else
{
HFM_hf.bit[HFM_hf.start]=1;
}
--HFM_hf.start;
c=p;
p=HFM_tree[c].parent;
}
for（j=HFM_hf.start+1,k=0;j{
HFM_code[i].bit[k]=HFM_hf.bit[j];
}
HFM_code[i].length=len-HFM_hf.start-1;
HFM_code[i].start=HFM_hf.start+1;
}
for（i=0;i{
HFM_code[i].hfch=HFM_num[i].hfstr;
printf（"character:
%cstart:
%dlength:
%dCode:
",HFM_code[i].hfch,HFM_code[i].start,HFM_code[i].length）;
for（j=0;j{
printf（"%d",HFM_code[i].bit[j]）;
fprintf（HFM_f,"%d",HFM_code[i].bit[j]）;
}
printf（"\n"）;
}
printf（"\n"）;
fclose（HFM_f）;
}
//--------译码--------------//
voidDecoding（）
{
chara[maxsize];
charHFM_dc[maxsize];
inti,j,k,p;
FILE*HFM_f=fopen（"Textfile.txt","w"）;
FILE*hf=fopen（"CodeFile.txt","r"）;
if（HFM_f==NULL）
{
printf（"openfileerror!
\n"）;
}
fscanf（hf,"%s",a）;
j=0;p=0;
for（i=0;i{
k=2*leaves-2;
while（HFM_tree[k].lchild!
=-1&&HFM_tree[k].rchild!
=-1）
{
if（a[j]=='0'）
k=HFM_tree[k].lchild;
if（a[j]=='1'）
k=HFM_tree[k].rchild;
j++;
}
HFM_dc[p]=HFM_code[k].hfch;
p++;
}
printf（""）;
for（i=0;i{
if（HFM_dc[i]=='#'）
HFM_dc[i]='';
printf（"%c",HFM_dc[i]）;
fprintf（HFM_f,"%c",HFM_dc[i]）;
}
printf（"\n"）;
fclose（HFM_f）;
fclose（hf）;
}
//--------打印代码文件------//
voidPrint_file（）
{
FILE*hf=fopen（"CodeFile.txt","r"）;
FILE*hc=fopen（"CodePrint.txt","w"）;
charstr[maxsize];
ints,i;
fscanf（hf,"%s",str）;
s=strlen（str）;
printf（""）;
for（i=0;i{
printf（"%c",str[i]）;
fprintf（hc,"%c",str[i]）;
if（（i+1）%50==0）
{
printf（"\n"）;
fprintf（hc,"\n"）;
}
}
fclose（hf）;
fclose（hc）;
printf（"\n"）;
}
//-------打印哈夫曼树------//
intfp[rowsize][rowsize];
intf=5;
voidsearch（intk,intj,intp）
{
intc;
intd;
intb;
if（HFM_tree[k].lchild!
=-1）
{
c=HFM_tree[k].lchild;
d=j+1;
b=p-2;
if（fp[d][b]）
b=b+1;
fp[d][b]=HFM_tree[c].weight;
search（c,d,b）;
}
if（HFM_tree[k].rchild!
=-1）
{
c=HFM_tree[k].rchild;
d=j+1;
b=p+2;
if（fp[d][b]）
b=b-1;
fp[d][b]=HFM_tree[c].weight;
search（c,d,b）;
}
}
voidPrint_tree（）
{
inti,j,k,s,p,c;
FILE*HFM_f;
HFM_f=fopen（"TreePrint.txt","w"）;
if（HFM_f==NULL）
{
printf（"fileopenerror!
\n"）;
}
memset（fp,0,sizeof（fp））;
fp[0][10]=HFM_tree[leaves*2-2].weight;
search（leaves*2-2,0,10）;
p=（int）log（leaves*2-1）/log
（2）+1;
for（i=0;i{
for（j=0;j{
if（fp[i][j]==0）
{
printf（""）;
fprintf（HFM_f,""）;
}
else
{
printf（"%3d",fp[i][j]）;
fprintf（HFM_f,"%3d",fp[i][j]）;
}
}
printf（"\n\n"）;
fprintf（HFM_f,"\n\n"）;
}
fclose（HFM_f）;
}
//-----输入字符串------//
voidinputcode（）
{
printf（"pleaseinputyourcharacterstring\n"）;
charhfman_str[maxsize];
inti,j,k,s;
FILE*fp=fopen（"CodeFile.txt","w"）;
if（fp==NULL）
{
printf（"openfileerror!
\n"）;
}
getchar（）;
gets（hfman_str）;
k=strlen（hfman_str）;
for（i=0;i{
if（hfman_str[i]==''）
{
for（j=0;j{
printf（"%d",HFM_code[0].bit[j]）;
fprintf（fp,"%d",HFM_code[0].bit[j]）;
}
}
else
{
s=hfman_str[i]-'A'+1;
for（j=0;j{
printf（"%d",HFM_code[s].bit[j]）;
fprintf（fp,"%d",HFM_code[s].bit[j]）;
}
}
}
printf（"\n"）;
fclose（fp）;
}
//--------将字符译码---------//
voidreoutstr（）
{
Decoding（）;
}
//--------主界面-------------//
voidmenu（）
{
printf（"*********班级：
10电信实验班学号：
Q10600132姓名：
王彬彬*********\n\n"）;
printf（"*****哈夫曼编码和译码****\n\n"）;
printf（"*************************\n"）;
printf（"*1:
初始化-------------I*\n"）;
printf（"*2:
编码---------------E*\n"）;
printf（"*3:
译码---------------D*\n"）;
printf（"*4:
打印代码文件-------P*\n"）;
printf（"*5:
打印哈夫曼树-------T*\n"）;
printf（"*6:
输入字符串并编码---C*\n"）;
printf（"*8:
输入译码-----------Y*\n"）;
printf（"*************************\n\n"）;
}
//--------主函数------------//
intmain（）
{
charchoice;
menu（）;
while（choice!
='Q'）
{
printf（"pleaseinputyourchoicehere:
"）;
scanf（"%c",&choice）;
switch（choice）
{
case'I':
case'i':
Initialization（）;//初始化
break;
case'E':
case'e':
Encoding（）;//编码
break;
case'C':
case'c':
inputcode（）;//输入字符串
break;
case'Y':
case'y':
reoutstr（）;
break;
case'D':
case'd':
Decoding（）;//译码
break;
case'P':
case'p':
Print_file（）;//打印代码文件
break;
case'T':
case't':
Print_tree（）;//打印哈夫曼树
break;
case'Q':
case'q':
printf（"\n**************"）;
printf（"\n*程序终止!
*"）;//停止
printf（"\n**************\n\n"）;
break;
default:
printf（"inputerror\n"）;
}
}
system（"pause"）;
return0;
}
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