哈夫曼编译码器课程设计报告材料完整版.docx

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哈夫曼编译码器课程设计报告材料完整版

XXX学院本科

数据结构课程设计总结报告

设计题目：

实验一、哈夫曼编/译码器

学生姓名：

XXX

系别：

XXX

专业：

XXX

班级：

XXX

学号：

XXX

指导教师：

XXXXXX

2012年6月21日

xxx学院

课程设计任务书

题目一、赫夫曼编译码器

专业、班级xxx

学号xxx姓名xxx

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

1.主要内容

利用哈夫曼编码进行信息通信可大大提高信道利用率，缩短信息传输时间，降低传输成本。

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（复原）。

对于双工信道（既可以双向传输信息的信道），每端都需要一个完整的编/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。

2.基本要求

系统应具有以下功能：

（1）C：

编码（Coding）。

对文件tobetrans中的正文进行编码，然后将结果存入文件codefile中，将以此建好的哈夫曼树存入文件HuffmanTree中

（2）D：

解码（Decoding）。

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textfile中。

（3）P：

打印代码文件（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。

（4）T：

打印哈夫曼树（TreePrinting）。

将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式（树或凹入表形式）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。

3.参考资料：

数据结构（C语言版）严蔚敏、吴伟民编著；

数据结构标准教程胡超、闫宝玉编著

完成期限：

2012年6月21日

指导教师签名：

课程负责人签名：

2012年6月21日

一、设计题目（任选其一）

实验一、哈夫曼编/译码器

二、实验目的

1巩固和加深对数据结构的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力；

2深化对算法课程中基本概念、理论和方法的理解；

3巩固构造赫夫曼树的算法；

4设计试验用程序实验赫夫曼树的构造。

三、运行环境（软、硬件环境）

Windowsxpsp3，VisualC++6.0英文版

四、算法设计的思想

（1）初始化赫夫曼树，输入文件tobetrans.txt中各字符及其权值，并保存于hfmtree.txt文件中

（2）编码（Coding）。

对文件tobetrans中的正文进行编码，然后将结果存入文件codefile中

（3）D：

解码（Decoding）。

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textfile中。

（4）P：

打印代码文件（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。

（5）T：

打印哈夫曼树（TreePrinting）。

将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式显示在终端上，同时将此字符形式的哈夫曼树写入文件treeprint中。

五、流程图

六、算法设计分析

1.赫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,*HuffmanTree;

2.voidHuffmanCoding（HuffmanTree&,char*,int*,int）;建立赫夫曼树的算法，此函数块调用了Select（）函数。

voidselect（HuffmanTreeHT,intj,int*x,int*y）;从已建好的赫夫曼树中选择parent为0，weight最小的两个结点。

3．利用已建好的哈夫曼树从文件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。

4.coding

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.txt中。

6.Print（）打印功能函数：

输出哈夫曼树以及对应的编码。

七、源代码

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

#include

#include

#include

//定义赫夫曼树结点的结构体

typedefstruct{

charch;//增加一个域，存放该节点的字符

intweight;

intparent,lchild,rchild;

}HTNode,*HuffmanTree;

typedefchar**HuffmanCode;//指向赫夫曼编码的指针

voidtips（）;//打印操作选择界面

voidHuffmanCoding（HuffmanTree&,char*,int*,int）;//建立赫夫曼树的算法

voidselect（HuffmanTreeHT,intj,int*x,int*y）;//从已建好的赫夫曼树中选择parent为0，weight最小的两个结点

voidInit（）;

voidCoding（）;//编码

voidDecoding（）;//译码

voidPrint_code（）;//打印译码好的代码

voidPrint_tree（）;//打印哈夫曼树

intRead_tree（HuffmanTree&）;//从文件中读入赫夫曼树

voidfind（HuffmanTree&HT,char*code,char*text,inti,intm）;//译码时根据01字符串寻找相应叶子节点的递归算法

voidConvert_tree（unsignedcharT[100][100],ints,int*i,intj）;//将内存中的赫夫曼树转换成凹凸表形式的赫夫曼树

HuffmanTreeHT;//全局变量

intn=0;//全局变量，存放赫夫曼树叶子结点的数目

intmain（）

{

charselect;

while

（1）

{

tips（）;

scanf（"%c",&select）;

switch（select）//选择操作，根据不同的序号选择不同的操作

{

case'1':

Init（）;

break;

case'2':

Coding（）;

break;

case'3':

Decoding（）;

break;

case'4':

Print_code（）;

break;

case'5':

Print_tree（）;

break;

case'0':

exit

（1）;

default:

printf（"Inputerror!

\n"）;

}

getchar（）;

}

return0;

}

voidtips（）//操作选择界面

{

printf（"-----------------------------------------------------\n"）;

printf（"--请选择操作--\n"）;

printf（"-----------------------------------------------------\n"）;

printf（"\n"）;

printf（"---------------------1初始化赫夫曼树---------------\n"）;

printf（"---------------------2编码---------------\n"）;

printf（"---------------------3译码---------------\n"）;

printf（"---------------------4打印代码文件---------------\n"）;

printf（"---------------------5打印赫夫曼树---------------\n"）;

printf（"---------------------0退出---------------\n"）;

printf（"-----------------------------------------------------\n"）;

}

//初始化函数，输入n个字符及其对应的权值，根据权值建立哈夫曼树，并将其存于文件hfmtree中

voidInit（）

{

FILE*fp;

inti,n,w[52];//数组存放字符的权值

charcharacter[52];//存放n个字符

printf（"\n输入字符个数n:

"）;

scanf（"%d",&n）;//输入字符集大小

printf（"输入%d个字符及其对应的权值:

\n",n）;

for（i=0;i

{

charb=getchar（）;

scanf（"%c",&character[i]）;

scanf（"%d",&w[i]）;//输入n个字符和对应的权值

}

HuffmanCoding（HT,character,w,n）;//建立赫夫曼树

if（（fp=fopen（"hfmtree.txt","w"））==NULL）

printf（"Openfilehfmtree.txterror!

\n"）;

for（i=1;i<=2*n-1;i++）

{

if（fwrite（&HT[i],sizeof（HTNode）,1,fp）!

=1）//将建立的赫夫曼树存入文件hfmtree.txt中

printf（"Filewriteerror!

\n"）;

}

printf（"\n赫夫曼树建立成功，并已存于文件hfmtree.txt中\n"）;

fclose（fp）;

}

//建立赫夫曼树的算法

voidHuffmanCoding（HuffmanTree&HT,char*character,int*w,intn）

{

intm,i,x,y;

HuffmanTreep;

if（n<=1）return;

m=2*n-1;

HT=（HuffmanTree）malloc（（m+1）*sizeof（HTNode））;

for（p=HT+1,i=1;i<=n;++i,++p,++character,++w）

{p->ch=*character;p->weight=*w;p->parent=0;p->lchild=0;p->rchild=0;}

for（;i<=m;++i,++p）{p->ch=0;p->weight=0;p->parent=0;p->lchild=0;p->rchild=0;}

for（i=n+1;i<=m;++i）

{

select（HT,i-1,&x,&y）;

HT[x].parent=i;HT[y].parent=i;

HT[i].lchild=x;HT[i].rchild=y;

HT[i].weight=HT[x].weight+HT[y].weight;

}

}

//从HT[1]到HT[j]中选择parent为0，weight最小的两个结点，用x和y返回其序号

voidselect（HuffmanTreeHT,intj,int*x,int*y）

{

inti;

//查找weight最小的结点

for（i=1;i<=j;i++）

if（HT[i].parent==0）

{*x=i;break;}

for（;i<=j;i++）

if（（HT[i].parent==0）&&（HT[i].weight

*x=i;

HT[*x].parent=1;

//查找weight次小的结点

for（i=1;i<=j;i++）

if（HT[i].parent==0）

{*y=i;break;}

for（;i<=j;i++）

if（（HT[i].parent==0）&&（i!

=*x）&&（HT[i].weight

*y=i;

}

//对文件tobetrans中的正文进行编码，然后将结果存入文件codefile中

voidCoding（）

{

FILE*fp,*fw;

inti,f,c,start;

char*cd;

HuffmanCodeHC;

if（n==0）

n=Read_tree（HT）;//从文件hfmtree.txt中读入赫夫曼树,返回叶子结点数

//求赫夫曼树中各叶子节点的字符对应的的编码，并存于HC指向的空间中

{

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

cd=（char*）malloc（n*sizeof（char））;

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

for（i=1;i<=n;++i）

{

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';

elsecd[--start]='1';

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

strcpy（HC[i],&cd[start]）;

}

free（cd）;

}

if（（fp=fopen（"tobetrans.txt","rb"））==NULL）

printf（"Openfiletobetrans.txterror!

\n"）;

if（（fw=fopen（"codefile.txt","wb+"））==NULL）

printf（"Openfilecodefile.txterror!

\n"）;

chartemp;

fscanf（fp,"%c",&temp）;//从文件读入第一个字符

while（!

feof（fp））

{

for（i=1;i<=n;i++）

if（HT[i].ch==temp）break;//在赫夫曼树中查找字符所在的位置

for（intr=0;HC[i][r]!

='\0';r++）//将字符对应的编码存入文件

fputc（HC[i][r],fw）;

fscanf（fp,"%c",&temp）;//从文件读入下一个字符

}

fclose（fw）;

fclose（fp）;

printf（"\n已将文件hfmtree.txt成功编码,并已存入codefile.txt中！

\n\n"）;

}

//将文件codefile中的代码进行译码，结果存入文件textfile中

voidDecoding（）

{

FILE*fp,*fw;

intm,i;

char*code,*text,*p;

if（n==0）

n=Read_tree（HT）;//从文件hfmtree.txt中读入赫夫曼树,返回叶子结点数

if（（fp=fopen（"codefile.txt","rb"））==NULL）

printf（"Openfilecodefile.txterror!

\n"）;

if（（fw=fopen（"textfile.txt","wb+"））==NULL）

printf（"Openfiletextfile.txterror!

\n"）;

code=（char*）malloc（sizeof（char））;

fscanf（fp,"%c",code）;//从文件读入一个字符

for（i=1;!

feof（fp）;i++）

{

code=（char*）realloc（code,（i+1）*sizeof（char））;//增加空间

fscanf（fp,"%c",&code[i]）;//从文件读入下一个字符

}

code[i-1]='\0';

//codefile.txt文件中的字符已全部读入，存放在code数组中

text=（char*）malloc（100*sizeof（char））;

p=text;

m=2*n-1;

if（*code=='0'）

find（HT,code,text,HT[m].lchild,m）;//从根节点的左子树去找

else

find（HT,code,text,HT[m].rchild,m）;//从根节点的右子树去找

for（i=0;p[i]!

='\0';i++）//把译码好的字符存入文件textfile.txt中

fputc（p[i],fw）;

fclose（fp）;

fclose（fw）;

printf（"\n已将codefile.txt文件成功译码，兵已存入textfile.txt文件！

\n\n"）;

}

//将文件codefi1e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。

voidPrint_code（）

{

FILE*fp,*fw;

chartemp;

inti;

if（（fp=fopen（"codefile.txt","rb"））==NULL）

printf（"Openfilecodefile.txterror!

\n"）;

if（（fw=fopen（"codeprint.txt","wb+"））==NULL）

printf（"Openfilecodeprint.txterror!

\n"）;

printf（"\n文件codefi1e显示如下:

\n"）;

fscanf（fp,"%c",&temp）;//从文件读入一个字符

for（i=1;!

feof（fp）;i++）

{

printf（"%c",temp）;

if（i%50==0）printf（"\n"）;

fputc（temp,fw）;//将该字符存入文件codeprint.txt中

fscanf（fp,"%c",&temp）;//从文件读入一个字符

}

printf（"\n\n已将此字符形式的编码写入文件codeprint.txt中！

\n\n"）;

fclose（fp）;

fclose（fw）;

}

//将已在内存中的哈夫曼树显示在屏幕上，并将此字符形式的哈夫曼树写入文件treeprint中。

voidPrint_tree（）

{

unsignedcharT[100][100];

inti,j,m=0;

FILE*fp;

if（n==0）

n=Read_tree（HT）;//从文件hfmtree.txt中读入赫夫曼树,返回叶子结点数

Convert_tree（T,0,&m,2*n-1）;//将内存中的赫夫曼树转换成凹凸表形式的树，存于数组T中

if（（fp=fopen（"treeprint.txt","wb+"））==NULL）

printf（"Openfiletreeprint.txterror!

\n"）;

printf（"\n打印已建好的赫夫曼树：

\n"）;

for（i=1;i<=2*n-1;i++）

{

for（j=0;T[i][j]!

=0;j++）

{

if（T[i][j]==''）{printf（""）;fputc（T[i][j],fp）;}

else

{printf（"%d",T[i][j]）;fprintf（fp,"%d\n",T[i][j]）;}

}

printf（"\n"）;

}

fclose（fp）;

printf（"\n已将该字符形式的哈夫曼树写入文件treeprint.txt中！

\n\n"）;

}

//从文件hfmtree.txt中读入赫夫曼树，返回叶子节点数

intRead_tree（HuffmanTree&HT）

{

FILE*fp;

inti,n;

HT=（HuffmanTree）malloc（sizeof（HTNode））;

if（（fp=fopen（"hfmtree.txt","r"））==NULL）

printf（"Openfilehfmtree.txterror!

\n"）;

for（i=1;!

feof（fp）;i++）

{

HT=（HuffmanTree）realloc（HT,（i+1）*sizeof（HTNode））;//增加空间

fread（&HT[i],sizeof（HTNode）,1,fp）;//读入一个节点信息

}

fclose（fp）;

n=（i-1）/2;

returnn;

}

//译码时根据01字符串寻找相应叶子节点的递归算法

voidfind（HuffmanTree&HT,char*code,char*text,inti,intm）

{

if（*code!

='\0'）//若译码未结束

{

code++;

if（HT[i].lchild==0&&HT[i].rchild==0）//若找到叶子节点

{

*text=HT[i].ch;//将叶子节点的字符存入text中

text++;

if（（*code=='0'））

find（HT,code,text,HT[m].lchild,m）;//从根节点的左子树找

else

find（HT,code,text,HT[m].rchild,m）;//从根节点的右子树找

}

else//如果不是叶子节点

if（*code=='0'）

find（HT,code,text,HT[i].lchild,m）;//从该节点的左子树去找

else

find（HT,code,text,HT[i].rchild,m）;//从该节点的右子树去找

}

else

*text='\0';//译码结束

}

//将文件中的赫夫曼树转换成凹凸表形式的赫夫曼树打印出来

voidConvert_tree（unsignedcharT[100][100],ints,int*i,intj）

{

intk,l;

l=++（*i）;

for（k=0;k

T[l][k]='';

T[l][k]=HT[j].weight;

if（HT[j].lchild）

Convert_tree（T,s+1,i,HT[j].lchild）;

if（HT[j].rchild）

Convert_tree（T,s+1,i,HT[j].rchild）;

T[l][++k]='\0';

}

/////////////////////////