数据结构课程设计报告哈夫曼.docx

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数据结构课程设计报告哈夫曼

《数据结构》课程设计报告

题目:

趣味游戏之n皇后问题

赫夫曼编码/译码器课程设计

院系：

计算机工程学院

专业班级：

10软件2ZW

学号：

10144214

学生姓名：

刘红亮

指导教师：

朱广萍

2012年02月22日

《数据结构》课程设计任务书

学院计算机工程学院系信息与软件工程系

学号

10144214

学生姓名

刘红亮

专业（班级）

10软件2

设计题目

第一类：

趣味问题之n皇后问题第二类：

赫夫曼编码/译码器

设

计

技

术

参

数

第一类题目设计技术参数：

头文件#include#include

调用的函数voidplace（）voidprint（）intfind（）

第二类题目设计参数：

头文件：

#include#include#include#include#include

调用的函数：

voidhfmcoding（）构建赫夫曼树HT，并求出n个字符的赫夫曼编码HC、voidSelect（）Select函数，选出HT树到a为止，权值最小且parent为0的2个节点

设

计

要

求

第一类题目：

求解皇后问题，在N*N的方格棋盘上，放置N个皇后，要求每个皇后不同行、不同列、不同对角线。

第二类题目：

赫夫曼编码/译码器，基本设计要求：

（1）输入一个待压缩的文本文件名，统计文本文件中各字符的个数作为权值，生成哈夫曼树；

（2）将文本文件利用哈夫曼树进行编码，生成压缩文件（后缀名cod），

（3）输入一个待解压的压缩文件名称,并利用相应的哈夫曼树将编码序列译码；

（4）显示指定的压缩文件和文本文件；

（5）界面友好，易与操作。

采用菜单方式进行选择。

工

作

量

编写并完成两个应用程序，设计说明书总字数约3026字，共15页

工

作

计

划

第一周：

理解实验的基本要求，查阅相关资料；整理设计思路，设计算法，完成第一题的调试；

第二周：

编写第二题程序，调试并完善；最后两天完成设计报告并演示程序。

参

考

资

料

1．《数据结构课程设计》，苏仕华等编著，机械工业出版社。

2.严蔚敏，吴伟民.数据结构（C语言版）.北京：

清华大学出版社，2002.

3.李春葆,李三铁.数据结构考点精要与解题指导.北京：

人民邮电出版社，2002

4.网上资料等

指导教师签字

成绩

2012年02月22日

求解N皇后问题

问题描述：

编写一个程序，求解皇后问题，在N*N的方格棋盘上，放置N个皇后，要求每个皇后不同行、不同列、不同对角线。

求出8个皇后的程序截图

源代码：

#include

#include

constintN=20;//最多皇后个数

intq[N];//存放各皇后所在的行号

intcont=0;//存在解个数

voidprint（intn）//输出一个解

{

cont++;

inti;

printf（"第%d个解:

",cont）;

for（i=1;i<=n;i++）

printf（"%d",q[i]）;

printf（"\n"）;

}

intfind（inti,intk）//测试第K列的i行上能否摆放皇后

{

intj;

j=1;

while（j

{if（（q[j]==i）||（abs（q[j]-i）==abs（j-k）））

//第j列皇后是否在i行或（q[i],j）与（i,k）是否同对角线

return0;

j++;

}

return1;

}

voidplace（intk,intn）//第k个皇后放到第k列上

{

if（k>n）

print（n）;//所有皇后放置结束

else

for（inti=1;i<=n;i++）//在第k列上穷举每一个位置

if（find（i,k））

{q[k]=i;

place（k+1,n）;

}

}

voidmain（）

{

intn;//n存在实际皇后个数

printf（"皇后问题（n<20）n="）;

scanf（"%d",&n）;

if（n>20）

printf（"n值太大，不能求解\n"）;

else

{printf（"%d皇后问题求解如下：

\n",n）;

place（1,n）;

printf（"\n"）;

}

}

参考文献：

《数据结构教程》上机实验指导（第三版）

一、【问题描述】

设计一个哈夫曼编码/译码系统，对一个文本文件中的字符进行哈夫曼编码，生成编码文件（压缩文件，后缀名.cod）；反过来，可将一个压缩文件译码还原为一个文本文件（.txt）。

二、【基本要求】

1．输入一个待压缩的文本文件名，统计文本文件中各字符的个数作为权值，生成哈夫曼树；

2．将文本文件利用哈夫曼树进行编码，生成压缩文件（后缀名cod），

3．输入一个待解压的压缩文件名称,并利用相应的哈夫曼树将编码序列译码；

4．显示指定的压缩文件和文本文件；

5．界面友好，易与操作。

采用菜单方式进行选择。

三.问题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{//赫夫曼树的结构体

charch;

intweight;//权值

intparent,lchild,rchild;

}htnode,*hfmtree;

2）所实现的功能函数如下

1、voidhfmcoding（hfmtree&HT,hfmcode&HC,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。

2、voidSelect（hfmtree&HT,inta,int*p1,int*p2）//Select函数，选出HT树到a为止，权值最小且parent为0的2个节点

2、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.cod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。

3、Encoding

编码功能：

对输入字符进行编码

4、Decoding

译码功能：

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

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。

5.主函数的简要说明，主函数主要设计的是一个分支语句，让用户挑选所实现的功能。

使用链树存储，然后分别调用统计频数函数，排序函数，建立哈夫曼函数，编码函数，译码函数来实现功能。

四、系统结构功能图

五、程序说明

1.赫夫曼编码/译码器代码

#include

#include

#include

#include

#include

typedefstruct{//赫夫曼树的结构体

charch;

intweight;//权值

intparent,lchild,rchild;

}htnode,*hfmtree;

typedefchar**hfmcode;

voidSelect（hfmtree&HT,inta,int*p1,int*p2）//Select函数，选出HT树到a为止，权值最小且parent为0的2个节点

{

inti,j,x,y;

for（j=1;j<=a;++j）{

if（HT[j].parent==0）{

x=j;

break;

}

}

for（i=j+1;i<=a;++i）{

if（HT[i].weight

x=i;//选出最小的节点

}

}

for（j=1;j<=a;++j）{

if（HT[j].parent==0&&x!

=j）

{

y=j;

break;

}

}

for（i=j+1;i<=a;++i）

{

if（HT[i].weight

=i）

{

y=i;//选出次小的节点

}

}

if（x>y）{

*p1=y;

*p2=x;

}

else

{

*p1=x;

*p2=y;

}

}

voidhfmcoding（hfmtree&HT,hfmcode&HC,intn）//构建赫夫曼树HT，并求出n个字符的赫夫曼编码HC

{

inti,start,c,f,m,w;

intp1,p2;

char*cd,z;

if（n<=1）{

return;

}

m=2*n-1;

HT=（hfmtree）malloc（（m+1）*sizeof（htnode））;

for（i=1;i<=n;++i）//初始化n个叶子结点

{

printf（"请输入第%d字符信息和权值：

",i）;

scanf（"%c%d",&z,&w）;

while（getchar（）!

='\n'）

{

continue;

}

HT[i].ch=z;

HT[i].weight=w;

HT[i].parent=0;

HT[i].lchild=0;

HT[i].rchild=0;

}

for（;i<=m;++i）//初始化其余的结点

{

HT[i].ch='0';

HT[i].weight=0;

HT[i].parent=0;

HT[i].lchild=0;

HT[i].rchild=0;

}

for（i=n+1;i<=m;++i）//建立赫夫曼树

{

Select（HT,i-1,&p1,&p2）;

HT[p1].parent=i;HT[p2].parent=i;

HT[i].lchild=p1;HT[i].rchild=p2;

HT[i].weight=HT[p1].weight+HT[p2].weight;

}

HC=（hfmcode）malloc（（n+1）*sizeof（char*））;

cd=（char*）malloc（n*sizeof（char））;

cd[n-1]='\0';

for（i=1;i<=n;++i）//给n个字符编码

{

start=n-1;

for（c=i,f=HT[i].parent;f!

=0;c=f,f=HT[f].parent）

{

if（HT[f].lchild==c）

{

cd[--start]='0';

}

else

{

cd[--start]='1';

}

}

HC[i]=（char*）malloc（（n-start）*sizeof（char））;

strcpy（HC[i],&cd[start]）;

}

free（cd）;

}

intmain（）{

charcode[100],h[100],hl[100];

intn,i,j,k,l;

ifstreaminput_file;//文件输入输出流

ofstreamoutput_file;

charchoice,str[100];

hfmtreeHT;

hfmcodeHC;

cout<<"\n";

cout<<""<<"软件

（2）班"<<""<<"10144214"<<""<<"刘红亮\n";

while（choice!

='Q'&&choice!

='q'）//当choice的值不为q且不为Q时循环

{

cout<<""<<"*************************赫夫曼编码/译码器*************************\n";

cout<<""<<"I.Init"<<""<<"E.Encoding"<<""<<"D.Decoding"<<""<<"Q.Exit\n";

cout<<"请输入您要操作的步骤：

";

cin>>choice;

if（choice=='I'||choice=='i'）//初始化赫夫曼树

{

cout<<"请输入字符个数：

";

cin>>n;

hfmcoding（HT,HC,n）;

for（i=1;i<=n;++i）

{

cout<

"<

}

output_file.open（"hfmTree.txt"）;

if（!

output_file）{

cout<<"can'toenfile!

"<

return1;

}

for（i=1;i<=n;i++）

{

output_file<<"（"<

}

output_file.close（）;

cout<<"赫夫曼树已经创建完毕，并且已经放入hfmTree.txt文件中!

"<

}

elseif（choice=='E'||choice=='e'）//进行编码，并将字符放入ToBeTran.txt，码值放入CodeFile.txt中

{

printf（"请输入字符：

"）;

gets（str）;

output_file.open（"ToBeTran.txt"）;

if（!

output_file）

{

cout<<"can'toenfile!

"<

return1;

}

output_file<

output_file.close（）;

output_file.open（"CodeFile.cod"）;

if（!

output_file）{

cout<<"can'toenfile!

"<

return1;

}

for（i=0;i

for（j=0;j<=n;++j）

{

if（HT[j].ch==str[i]）

{

output_file<

break;

}

}

}

output_file.close（）;

cout<<"\n";

cout<<"编码完毕，并且已经存入CodeFile.cod文件！

\n";

input_file.open（"CodeFile.cod"）;//从CodeFile.cod中读入编码，输出在终端

if（!

input_file）

{

cout<<"can'toenfile!

"<

return1;

}

input_file>>code;

cout<<"编码码值为：

"<

input_file.close（）;

}

elseif（choice=='D'||choice=='d'）//读入CodeFile.cod中的编码进行译码，将译出来的字符放入Textfile.txt中

{

input_file.open（"CodeFile.cod"）;

if（!

input_file）{

cout<<"can'toenfile!

"<

return1;

}

input_file>>h;

input_file.close（）;

output_file.open（"Textfile.txt"）;

if（!

output_file）

{

cout<<"can'toenfile!

"<

return1;

}

k=0;

while（h[k]!

='\0'）//先用编码中的前几个和字符的编码相比较，然后往后移

{

for（i=1;i<=n;i++）{

l=k;

for（j=0;j

hl[j]=h[l];

}

hl[j]='\0';

if（strcmp（HC[i],hl）==0）

{

output_file<

k=k+strlen（HC[i]）;

break;

}

}

}

output_file.close（）;

input_file.open（"Textfile.txt"）;

if（!

input_file）{

cout<<"can'toenfile!

"<

return1;

}

input_file>>h;

cout<

input_file.close（）;

cout<<"译码结束，字符已经存入Textfile.txt文件中！

"<

}

elseif（choice=='Q'||choice=='q'）//退出程序

{

exit（0）;

}

else//如果选了选项之外的就让用户重新选择

{

cout<<"您没有输入正确的步骤，请重新输入！

"<

}

cout<

}

return0;

}

六、运行结果和调试分析

系统界面如图：

初始化赫夫曼树如图：

编码

译码

退出

七、总结体会

在我自己课程设计中，就在编写好源代码后的调试中出现了不少的错误，遇到了很多麻烦及困难，我的调试及其中的错误和我最终找出错误，修改为正确的能够执行的程序中，通过分析，我学到了：

在定义头文件时可多不可少，即我们可多写些头文件，肯定不会出错，但是若没有定义所引用的相关头文件，必定调试不通过；

在执行译码操作时，不知什么原因，总是不能把要编译的二进制数与编译成的字符用连接号连接起来，而是按顺序直接放在一起，视觉效果不是很好。

还有就是，很遗憾的是，我们的哈夫曼编码/译码器没有像老师要求的那样完成编一个文件的功能，这是我们设计的失败之处。

通过本次数据结构的课程设计，我学习了很多在上课没懂的知识，并对求哈夫曼树及哈夫曼编码/译码的算法有了更加深刻的了解，更巩固了课堂中学习有关于哈夫曼编码的知识，真正学会一种算法了。

当求解一个算法时,不是拿到问题就不加思索地做，而是首先要先对它有个大概的了解，接着再详细地分析每一步怎么做，无论自己以前是否有处理过相似的问题，只要按照以上的步骤，必定会顺利地做出来。

这次课程设计，我在编辑中犯了不应有的错误，设计统计字符和合并时忘记应该怎样保存数据，对文件的操作也很生疏。

在不断分析后明确并改正了错误和疏漏，我的程序有了更高的质量