哈夫曼文件压缩实验报告.docx
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哈夫曼文件压缩实验报告
数据结构实验报告三——哈夫曼文件压缩
实验题目：
哈夫曼文件压缩
实验目标：
输入一个有10k单词的英文文档。
输出压缩后的二进制文件，并计算压缩比。
数据结构：
栈和哈夫曼树。
1.定义栈（）
typedefstruct{
char*elem;
intstacksize;
inttop;}STACK;
2.定义哈夫曼树（）
typedefstruct{
intweight;
intleft,right;
intparent;}HTNode;
需要的操作有：
1.初始化栈（Initstack）
voidInitstack（STACK*s）{
s->elem=（char*）malloc（sizeof（int）*1000）;
s->stacksize=1000;
s->top=-1;
}
2.压栈（push）
voidpush（STACK*s,inte）{
s->elem[++s->top]=e;
}
3.弹栈（pop）
voidpop（STACK*s,int*e）{
if（s->top!
=-1）
*e=s->elem[s->top--];
}
4.构造哈夫曼树（Inithuffman）
voidInithuffman（intwset[n],intk,HuffTreeHT[]）{//构造哈夫曼树
inti,m;
ints1,s2;
m=k*2-1;
for（i=0;iHT[i]=（HuffTree）malloc（sizeof（HTNode））;
HT[i]->weight=（iwset[i]:
0）;
HT[i]->parent=-1;
HT[i]->left=HT[i]->right=-1;
}
for（i=k;iselect（HT,k,i,&s1,&s2）;//在HT[1...i-1]中选择parent为0且weight为最小的两个结点，其下标分别为s1和s2
HT[i]->left=s1;
HT[i]->right=s2;
HT[i]->weight=HT[s1]->weight+HT[s2]->weight;
HT[s1]->parent=HT[s2]->parent=i;
}
}
其中用到另一个基本操作：
找到哈夫曼树中最小和次小的结点（select）
5.找到哈夫曼树中最小和次小的结点（select）
voidselect（HuffTreeHT[255],inta,inti,int*p,int*q）{
intj=0,k=0,*HT1,temp;
HT1=（int*）malloc（sizeof（int）*（i-1））;//存放权值
for（j=0;jif（HT[j]->parent==-1）{
HT1[k]=HT[j]->weight;//把没有parent的结点的权值放在HT1中
k++;
}
//printf（"%4d%4d%4d%4d%4d\n",HT[j]->parent,HT[j]->left,HT[j]->right,HT[j]->weight,HT1[k-1]）;
}
j=0;
while（j<2）{//找到权值最小和第二小的结点
for（k=j;k<（i-（i-a）*2）;k++）{
if（HT1[j]>HT1[k]）{
temp=HT1[k];
HT1[k]=HT1[j];
HT1[j]=temp;
}
}
j++;
}
k=0;
for（j=0;jif（HT[j]->parent==-1）
if（HT[j]->weight==HT1[0]&&k<1）{//将最小的权值赋到*p中
*p=j;
k++;
}
j++;
}
for（j=0;jif（HT[j]->parent==-1）
if（j!
=*p）
if（HT[j]->weight==HT1[1]&&k<2）{//将第二小的权值赋到*q中
*q=j;
k++;
}
j++;
//printf（"%4d%4d%4d%4d\n",HT[i]->parent,HT[i]->left,HT[i]->right,HT[i]->weight）;
}
}
6.根据哈夫曼树得到各字符对应的哈夫曼编码（Huffman）
voidHuffman（HuffTreeHT[2*n-1],intk,charstr[][20]）{
inti,j,e,t1=0,t2=0;
charc;
STACKst;
for（i=0;iif（HT[i]->right==-1&&HT[i]->left==-1）{//找一个叶子结点
Initstack（&st）;
HT[i]->right=HT[i]->left==-2;
j=i;//记录其下标
while（HT[j]->parent!
=-1）{
if（HT[HT[j]->parent]->right==j）//找到一个叶子结点，如果他是其parent结点的右结点，就将此边记为1
push（&st,'1'）;
else
push（&st,'0'）;//在左边记为0
j=HT[j]->parent;//循环操作直到到达根结点
}
c=i;
printf（"\t%c",c）;//打印此字符
for（;st.top!
=-1;）{
pop（&st,&e）;
printf（"%c",e）;//打印其二进制编码
str[t1][t2]=e;//将二进制编码存放在str中
t2++;
}
putchar（'\n'）;
str[t1][t2]='\0';
t2=0;
t1++;
}
}
}
算法设计：
1.从文件中逐个读取字符，记录其出现次数以及文件总字符数，由此确定其频率高低。
2.根据字符频率创建哈夫曼树，然后求出哈夫曼编码。
3.将哈夫曼编码输出到另一个文件中，并统计字数，求出压缩率。
源程序
#include
#include
#include
#definen127
typedefstruct{
intweight;
intleft,right;
intparent;}HTNode;//哈夫曼数组结构类型
typedefHTNode*HuffTree;
typedefstruct{
char*elem;
intstacksize;
inttop;}STACK;//栈的结构类型
voidInitstack（STACK*s）{
s->elem=（char*）malloc（sizeof（int）*1000）;
s->stacksize=1000;
s->top=-1;
}//初始化栈
voidpush（STACK*s,inte）{
s->elem[++s->top]=e;
}//压栈
voidpop（STACK*s,int*e）{
if（s->top!
=-1）
*e=s->elem[s->top--];
}//弹栈
voidselect（HuffTreeHT[255],inta,inti,int*p,int*q）{//找到哈夫曼树中权值最小和次小的结点并返回指针
intj=0,k=0,*HT1,temp;
HT1=（int*）malloc（sizeof（int）*（i-1））;//存放权值
for（j=0;jif（HT[j]->parent==-1）{
HT1[k]=HT[j]->weight;//把没有parent的结点的权值放在HT1中
k++;
}
//printf（"%4d%4d%4d%4d%4d\n",HT[j]->parent,HT[j]->left,HT[j]->right,HT[j]->weight,HT1[k-1]）;
}
j=0;
while（j<2）{//找到权值最小和第二小的结点
for（k=j;k<（i-（i-a）*2）;k++）{
if（HT1[j]>HT1[k]）{
temp=HT1[k];
HT1[k]=HT1[j];
HT1[j]=temp;
}
}
j++;
}
k=0;
for（j=0;jif（HT[j]->parent==-1）
if（HT[j]->weight==HT1[0]&&k<1）{//将最小的权值赋到*p中
*p=j;
k++;
}
j++;
}
for（j=0;jif（HT[j]->parent==-1）
if（j!
=*p）
if（HT[j]->weight==HT1[1]&&k<2）{//将第二小的权值赋到*q中
*q=j;
k++;
}
j++;
//printf（"%4d%4d%4d%4d\n",HT[i]->parent,HT[i]->left,HT[i]->right,HT[i]->weight）;
}
}
voidInithuffman（intwset[n],intk,HuffTreeHT[]）{//构造哈夫曼树
inti,m;
ints1,s2;
m=k*2-1;
for（i=0;iHT[i]=（HuffTree）malloc（sizeof（HTNode））;
HT[i]->weight=（iwset[i]:
0）;
HT[i]->parent=-1;
HT[i]->left=HT[i]->right=-1;
}
for（i=k;iselect（HT,k,i,&s1,&s2）;//在HT[1...i-1]中选择parent为0且weight为最小的两个结点，其下标分别为s1和s2
HT[i]->left=s1;
HT[i]->right=s2;
HT[i]->weight=HT[s1]->weight+HT[s2]->weight;
HT[s1]->parent=HT[s2]->parent=i;
}
}
voidHuffman（HuffTreeHT[2*n-1],intk,charstr[][20]）{//根据哈夫曼树得到各字符对应的哈夫曼编码
inti,j,e,t1=0,t2=0;
charc;
STACKst;
for（i=0;iif（HT[i]->right==-1&&HT[i]->left==-1）{//找一个叶子结点
Initstack（&st）;
HT[i]->right=HT[i]->left==-2;
j=i;//记录其下标
while（HT[j]->parent!
=-1）{
if（HT[HT[j]->parent]->right==j）//找到一个叶子结点，如果他是其parent结点的右结点，就将此边记为1
push（&st,'1'）;
else
push（&st,'0'）;//在左边记为0
j=HT[j]->parent;//循环操作直到到达根结点
}
c=i;
printf（"\t%c",c）;//打印此字符
for（;st.top!
=-1;）{
pop（&st,&e）;
printf（"%c",e）;//打印其二进制编码
str[t1][t2]=e;//将二进制编码存放在str中
t2++;
}
putchar（'\n'）;
str[t1][t2]='\0';
t2=0;
t1++;
}
}
}
voidmain（）{
FILE*fp1,*fp2;
HuffTreeHT[2*n-1];
inti=0,sum1=0,sum2=0;
floatcompress;
charstr[n][20];
charelem,ch;
intcount[n]={0};
if（（fp1=fopen（"text1.txt","r"））==NULL）{
printf（"can'topenthefile!
\n"）;
exit（0）;
}
while（!
feof（fp1））{//读取文件中字符
elem=fgetc（fp1）;
i=elem;
count[i]++;//记录字符频率
}
Inithuffman（count,n,HT）;
//for（i=0;i<253;i++）
//printf（"%4d%4d%4d%4d\n",HT[i]->parent,HT[i]->left,HT[i]->right,HT[i]->weight）;
Huffman（HT,2*n-1,str）;//对文章进行哈夫曼编码
if（（fp1=fopen（"text1.txt","r"））==NULL）{
printf（"can'topenthefile!
\n"）;
exit（0）;
}
if（（fp2=fopen（"text2.txt","w"））==NULL）{
printf（"can'topenthefile!
\n"）;
exit（0）;
}
while（!
feof（fp1））{
ch=fgetc（fp1）;//读取text1中字符
i=ch;
fputs（str[i],fp2）;//将此字符的二进制编码输出到text2中
sum1++;
}
if（（fp2=fopen（"text2.txt","r"））==NULL）{
printf（"can'topenthefile!
\n"）;
exit（0）;
}
while（!
feof（fp2））{
ch=fgetc（fp2）;
sum2++;
}
compress=（float）sum2/（float）（sum1*8）;//压缩率
printf（"\n\n原字节数：
%d\n现字节数：
%d\n压缩率：
%.6f\n",8*sum1,sum2,compress）;
}
截图
输入：
（自动认定为text1.txt，其中有17,278w）文件
输出结果：
1.哈夫曼树（检验建树成功）
2.所求参数：
原字节数：
789656，现字节数：
475137，压缩率：
0.601701
实验总结与心得
程序较长，调试中遇到较多困难；之前写的程序，过几天就会觉得理解不是很顺畅，需要加适当注释。
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