完整word版Huffman编码报告.docx
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完整word版Huffman编码报告
《数据结构》课程设计上机实习报告
课设题目
Huffman编码和解码
班级
学生姓名
学号
指导教师
时间
2015.12—2015。
1
一、设计目的
1.进一步熟悉C语言开发环境，熟悉用C语言完成一个应用程序的设计过程，掌握有关编辑、调试和整合程序的方法和技巧.
2.通过此设计,了解《数据结构》课程中霍夫曼编码的的有关内容,明确其操作，熟悉其设计，同时学习到有关位向量的内容，对文件掌握加深
二、设计内容
Huffman编码与解码（必做）（Huffman编码、二叉树）
[问题描述］
对一篇英文文章（大于2000个英文字符），统计各字符出现的次数，实现Huffman编码，以及对编码结果的解码.
［基本要求]
（1）输出每个字符出现的次数和编码，其中求最小权值要求用堆实现。
（2）在Huffman编码后，要将编码表和英文文章编码结果保存到文件中,编码结果必须是二进制形式，即01的信息用比特位表示，不能用字符’0’和'1’表示.
（3）提供读编码文件生成原文件的功能。
三、数据结构说明
在该程序中我仅仅使用了两个结构体来完成编码,用位域来实现bite流存储：
constintMAXSIZE=300;//定义一次分配的Huffman储存单词最大量为500
constintOVERFLOW=0;
constintERROR=0;
constintLineCountNum=500;
typedefstructWordCount
｛
charWord;//存放字符
intfreq；
intparent,lchild，rchild；//存放亲子节点位置
intplace；//用来保存第一次堆排序后，建立霍夫曼表前的相对位置
char*HuffmanCode;//存放霍夫曼编码
}WordCount,*WC;//存放单词结点的结构体
typedefstructHuffmanTree
{
WCw;
intNumber；//存储有多少数据存入
}HuffmanTree，*HTree;
typedefstruct
｛
unsignedinta：
1；
}bite;//设置位段，存储一个bite
//****＊＊*****＊＊＊操作函数声明*＊**＊＊＊**＊*
voidInitHuffmanTree（HTree&H）;//初始化霍夫曼树
voidHeapSort（WC&W，intNumber,intchoice）；//堆排序核心函数
voidHeapAdjust（WC&W,intdown,intup,intchoice）;//堆排序调整函数，实现两种排序
voidHuffmanCoding（HTree＆H，WC＆HT）；//求霍夫曼树和霍夫曼编码表
voidShowHuffmanTree（HTreeH）;//输出霍夫曼树
voidSelect（WC＆W,inti，int＆s1,int＆s2）;//选择1-i—1之间最小的两个数，且parent为0,用s1,s2返回
voidGetTheDeCode（HTreeH）;//将编码结果写入函数
voidPutTheDeCode（FILE＊fp1，FILE＊fp2）；//将编码结果解码得到文章
voidCountTheWord（HTree&H,FILE＊fp）;//记录单词权值
voidShowTheEassy（FILE＊wp）;//展示文章
四、详细设计
1.首先我给出了编码和解码的菜单供其选择
2.在编码功能中,我先通过CountTheWord（）函数进行单词权值记录，然后进入编码功能，值得一提的是,编码时我给堆排序设计了两种排序形式—-对权值的排序和对位置的排序，以达到选择两个最小的权值结点的最优时间复杂度的目的，此功能通过switch实现,但要给编码结构体中放置一个place空间，这也从侧面反映了时间和空间矛盾的地方（值得一提的是，有些编码并不可见且有特殊含义，如换行符，所以将字符放入文件中时，并不对其进行处理，读出是进行顺序读出）
3.编码结束后将编码结果，对应字符分别存放在文件中，然后对整篇文章进行编码
4.解码时依据霍夫曼编码的唯一性进行比较求解，遇到同样的字符即返回对应的字母并写入解码文件中
五、调试与测试（测试数据：
献给艾米莉的玫瑰）
1.首先打开文件进行字符权值统计并输出结果（有些符号不可见,所以无法显示）
2.然后对其进行堆排序
3.输出编码表，及其对应亲子关系（#号代表为父结点）
4.输出编码结果（可以轻易看出编码具备唯一性）
5.将编码写入文件，一下显示文件部分内容
位域存储的bite编码文档
编码对应的字符顺序存储（可以看到因为换行符的存在,自动换行了）
6.解码（将文章在命令行显示，也写入了翻译文档（以doc格式保存））
六、课程设计总结
本次程序设计过程中遇到过许多大大小小的问题,也在设计思路上遇到过难题，但都在各方面的努力下得到了解决。
一些问题如下：
1.Bite形式保存
由于以前没学到过位向量的内容，有一段时间无法实现这个功能，后来在网络上偶然接触到位域的内容，认识到其可行性，于是解决了此问题
2.选择最小的两个权值
一开始我认识的这个可能很复杂，又联想到堆排序可以对其有序输出，但我又不想改变其位置,所以增设一个place记录一开始的编码表位置，进行编码时改变后可以轻易还原
总结：
霍夫曼编码在通信领域内是十分重要的内容,对其的掌握既能帮助我们理解二叉树的重要性，也能为我们未来工作提供一个更广阔的舞台
七、附录
/＊
*题目：
Huffman编码的编码和解码
*作者：
杨欢
*学号:
161420325
*完成时间:
2015-12-30
算法思想：
以书上的霍夫曼算法为核心进行文章（所有内容，包括标点,换行符,所以命令行可能无法显示部分字符）编码和解码.
对于比特位的存储，我选择用位域进行简单方便的操作。
文件的读写都以最基本的方式进行.
测试文章上，我选择艾米莉的玫瑰这一小说测试,数据量大，可以验证程序的正确性
*/
＃include〈stdio。
h>
#include〈stdlib.h〉
#include〈string。
h〉
constintMAXSIZE=300；//定义一次分配的Huffman储存单词最大量为500
constintOVERFLOW=0;
constintERROR=0;
constintLineCountNum=500；
typedefstructWordCount
{
charWord；//存放字符
intfreq;
intparent,lchild,rchild；//存放亲子节点位置
intplace;//用来保存第一次堆排序后，建立霍夫曼表前的相对位置
char*HuffmanCode；//存放霍夫曼编码
}WordCount,*WC；//存放单词结点的结构体
typedefstructHuffmanTree
｛
WCw；
intNumber;//存储有多少数据存入
｝HuffmanTree，*HTree;
typedefstruct
{
unsignedinta:
1；
｝bite；//设置位段，存储一个bite
//**＊＊**＊*＊＊＊**＊操作函数声明＊*＊＊＊＊*＊*＊＊
voidInitHuffmanTree（HTree＆H）;//初始化霍夫曼树
voidHeapSort（WC&W,intNumber，intchoice）;//堆排序核心函数
voidHeapAdjust（WC&W,intdown,intup,intchoice）;//堆排序调整函数，实现两种排序
voidHuffmanCoding（HTree＆H，WC＆HT）;//求霍夫曼树和霍夫曼编码表
voidShowHuffmanTree（HTreeH）；//输出霍夫曼树
voidSelect（WC&W，inti,int＆s1,int＆s2）；//选择1—i—1之间最小的两个数,且parent为0，用s1,s2返回
voidGetTheDeCode（HTreeH）；//将编码结果写入函数
voidPutTheDeCode（FILE*fp1,FILE＊fp2）;//将编码结果解码得到文章
voidCountTheWord（HTree&H，FILE*fp）；//记录单词权值
voidShowTheEassy（FILE＊wp）;//展示文章
//***＊***＊**＊*主函数*＊＊＊＊＊**＊*****＊
intmain（）
｛
FILE＊fp，*wp；
HTreeH；
WCHT;//存放编码表
printf（"**＊＊*＊*＊＊＊＊*＊菜单＊＊**＊***＊*＊*＊***＊＊*＊＊*＊*＊＊\n"）;
printf（"＊＊＊＊＊**＊＊1.编码文档***＊**＊*\n"）;
printf（”＊＊＊＊＊***＊2.解码文档**＊＊＊＊＊*\n"）;
printf（”*＊＊＊＊＊*＊＊0.退出*＊*＊*＊*＊＊*＊＊＊＊＊**＊＊＊＊＊＊＊*＊**\n”）；
printf（”请输入您的选择:
"）;
intchoice；
scanf（"%d"，＆choice）;
getchar（）;
while（choice!
=0）
{
switch（choice）
｛
case1:
InitHuffmanTree（H）;
if（!
（fp=fopen（"献给艾米莉的玫瑰。
txt”，"r”）））
{//以文本文件形式打开文件
printf（"此文件不存在\n”）；
exit（ERROR）;
}
printf（"文件打开成功\n”）;
CountTheWord（H,fp）;
printf（”按任意键统计该文章各字符出现的频率为\n"）;
getchar（）；
ShowHuffmanTree（H）;
printf（"按任意键开始堆排序\n”）;
getchar（）;
HeapSort（H-〉w,H—>Number,1）；//对频率排序
printf（”按任意键输出堆排序后的情况\n”）;
getchar（）;
ShowHuffmanTree（H）；
printf（”现在开始进行霍夫曼树的构建和霍夫曼编码的构建\n"）;
HuffmanCoding（H,HT）;
printf（”输入任意键输出霍夫曼编码表：
"）;
getchar（）;
printf（”字符位置权值左孩子右孩子父亲\n"）；
for（inti=1；i〈=2＊H—>Number；++i）
｛
printf（"％c%d％d%d%d%d\n"，HT［i］。
Word,i，HT[i].freq,HT[i］。
lchild,HT［i].rchild，HT[i］。
parent）；
｝
printf（"按任意键输出构建的霍夫曼编码结果:
”）;
getchar（）；
for（inti=1;i<=H—>Number;++i）
{
printf（"％c对应的编码为%s\n”,H—>w[i］.Word，H—>w［i］.HuffmanCode）；
｝
printf（"按任意键将结果写入文件\n"）;
getchar（）；
GetTheDeCode（H）;
free（H）；//释放空间，避免影响
break;
case2:
PutTheDeCode（fp，wp）；
printf（"该英文文章为\n"）;
ShowTheEassy（wp）;
printf（"\n"）;
fclose（fp）;
break；
case0：
break;
｝
printf（”请输入您的选择：
"）;
scanf（"%d”,＆choice）;
getchar（）;
｝
return0;
}
//＊*＊＊＊＊＊＊＊操作函数实现＊＊*＊******
voidInitHuffmanTree（HTree＆H）
｛
if（！
（H=（HuffmanTree*）malloc（sizeof（HuffmanTree））））
exit（OVERFLOW）;
if（!
（H-〉w=（WC）malloc（sizeof（WordCount）*MAXSIZE）））
exit（OVERFLOW）；//创建结点
H—>Number=0；
}
//**＊***＊*＊＊*＊＊*＊*将结果写入文件**＊*＊*＊***＊＊**＊＊*＊**
voidGetTheDeCode（HTreeH）
｛
FILE*fp,*wp;
//****＊**＊将编码表写出＊＊＊*****
if（！
（fp=fopen（”编码表文档.txt"，"w”）））
{//以二进制方式写出文章编码
printf（”此文件不存在\n”）；
clearerr（fp）;
exit（ERROR）;
｝
for（inti=1;i〈=H—〉Number;++i）
fprintf（fp，"％s\n”，H—>w[i]。
HuffmanCode）;
fclose（fp）；
if（!
（fp=fopen（”编码表对应单词文档.txt"，”w"）））
{//以二进制方式写出文章编码
printf（”此文件不存在\n”）;
clearerr（fp）;
exit（ERROR）;
}
for（inti=1；i〈=H-〉Number；++i）
fprintf（fp,"％c",H->w［i].Word）；//因为存在换行符,需要进行读取换行符，所以不进行分行存储
fclose（fp）;
//＊＊*＊＊＊＊＊将编码文档写出＊**＊**＊＊*＊*
if（!
（fp=fopen（"献给艾米莉的玫瑰.txt",”r"）））
｛//打开文章进行对比写出编码结果
printf（"此文件不存在\n”）;
clearerr（fp）;
exit（ERROR）；
｝
if（！
（wp=fopen（”编码文档.txt",”wb"）））
｛//以二进制形式写出编码文档
printf（”此文档不存在\n”）;
clearerr（wp）；
exit（ERROR）；
｝
biteSave;
while（!
feof（fp））
｛
charCount;
fscanf（fp,”%c",&Count）；
for（inti=1;i<=H—〉Number;++i）
｛
if（Count==H->w[i］。
Word）
｛//寻找到匹配的，得到其字符编码，现在将其以Bite位写出到文件
for（intj=0;j{
if（H—〉w[i]。
HuffmanCode［j］==’1'）
Save.a=1；
else
Save.a=0;
fwrite（&Save，sizeof（bite）,1,wp）；//用位段写进文件
}
break；
｝
}
}
fclose（fp）;
fclose（wp）；
printf（”写出成功\n”）;
}
//*＊＊*＊＊＊＊**＊将编码文件翻译成英文＊＊**＊＊＊*＊***
voidPutTheDeCode（FILE*fp,FILE*wp）
｛
HTreeH;
InitHuffmanTree（H）;
//＊****＊**＊＊*＊*读取编码文件*＊＊＊＊＊＊*
if（!
（fp=fopen（”编码表文档.txt”，”r"）））
{
printf（"此文件不存在\n”）；
clearerr（fp）；
exit（ERROR）；
}
intNum=1;
charCount［MAXSIZE]；//存放出来的01字符串
memset（Count，0，MAXSIZE*sizeof（char））；
while（！
feof（fp））
{
fscanf（fp,"%s",Count）;
if（strlen（Count）！
=0）
｛
if（！
（H-〉w［Num］.HuffmanCode=（char*）malloc（（strlen（Count）+1）*sizeof（char））））
exit（OVERFLOW）；
strcpy（H—〉w［Num］.HuffmanCode，Count）；
memset（Count，0，strlen（Count）＊sizeof（char））;//清零
++Num;
｝
}//将编码导出
fclose（fp）;
if（！
（fp=fopen（”编码表对应单词文档。
txt”，"r”）））
{
printf（"此文件不存在\n”）；
clearerr（fp）;
exit（ERROR）；
}
Num=1；
while（!
feof（fp））
｛
H—>w［Num]。
Word=fgetc（fp）;
++Num；
}
fclose（fp）；
//＊*＊*＊＊＊＊＊**＊＊＊翻译**＊＊＊*＊＊*＊
if（!
（fp=fopen（"编码文档。
txt”，"rb”）））
｛//以二进制读取编码文档
printf（”此文件不存在\n”）；
clearerr（fp）；
exit（ERROR）;
}
if（!
（wp=fopen（"翻译文档。
doc”，"w”）））
｛//写出文章编码
printf（”此文件不存在\n”）；
clearerr（wp）;
exit（ERROR）;
｝
bitePut;//位段，用来将字符读出
Num=Num—2；//存储了多余的换行符并且多加了一次，还原真实数目
intNumberCount=strlen（H->w［Num］。
HuffmanCode）;//存放最小的霍夫曼编码数，减小后面的比较次数
intCT,i=0,j=1;
while（！
feof（fp））
｛
if（i{//从最小字符串开始可以减少循环
fread（＆Put,sizeof（bite），1，fp）；
if（Put.a==1）
Count[i]=’1’;
else
Count［i]=’0';
++i；
｝
else
｛
while（j<=Num）
｛
if（strcmp（Count，H—〉w［j］。
HuffmanCode）==0）
｛//依据霍夫曼编码的唯一性，遇到编码相同即可进行单词写入
fprintf（wp,"％c”，H—〉w[j］。
Word）；
//编码匹配，清空计数和数组，状态重置
memset（Count，0,sizeof（char）＊（i+1））;
i=0；
j=1;
break；
｝
++j;
if（j>Num）
{//代表当前编码不是霍夫曼编码,继续读入编码
fread（&Put，sizeof（bite），1，fp）;
if（Put。
a==1）
Count［i］=’1'；
else
Count［i］=’0’;
j=1;
++i；
｝
｝
｝
}
fclose（fp）；
fclose（wp）;
｝
//＊＊*＊＊＊＊＊＊**＊＊*解码文章输出*＊＊*＊**＊**
voidShowTheEassy（FILE*wp）
｛
if（!
（wp=fopen（"翻译文档。
doc","r"）））
｛//写出文章编码
printf（"此文件不存在\n"）；
clearerr（wp）;
exit（ERROR）；
｝
charLine[LineCountNum];
while（！
feof（wp））
{
fgets（Line，LineCountNum,wp）;
printf（"％s"，Line）;
memset（Line,0，sizeof（char）*strlen（Line））；//清零
｝
}
//＊****＊*＊＊**存储单词＊＊＊＊＊＊*＊**＊＊＊＊＊
voidCountTheWord（HTree＆H,FILE＊fp）
｛
intWordNumCount=1；//单词结点记载
intjcount;//单词重复比较操作时的临时变量
charLineCount［LineCountNum］;//读入文章时规定一行最
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