赫夫曼树数据结构课设报告.docx
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赫夫曼树数据结构课设报告
课程设计（论文）任务书
软件 学院 软件工程 专业 2011-3 班
一、课程设计（论文）题目 数据结构课程设计
二、课程设计（论文）工作自2012年12月17日起至2012年12月18日止。
三、课程设计（论文）地点:
软件工程实训中心
四、课程设计（论文）内容要求：
1．本课程设计的目的
（1）使学生熟练掌握抽象数据类型的组织和定义；
（2）使学生熟练掌握数据类型的定义和实现；
（3）培养学生组织和分析数据的能力；
（4）培养学生分析和应用基于不同数据结构的算法的能力；
（5）提高学生的科技论文写作能力。
2．基本要求：
每位同学在以下题目中任选一题（在方框中打勾），独立完成课程设计：
□约瑟夫环：
参见《数据结构题集》P179。
□赫夫曼编/译码器：
参见《数据结构题集》P149。
□井字棋：
参见《数据结构》教材P2。
设计棋谱，当对方落子后，能从棋谱中选择一种
应对方式，并能判断胜负。
3．课程设计论文编写要求
（1）要按照书稿的规格打印誊写课设报告；
（2）报告分为封面、任务书（本文档）、正文、课程设计体会和参考文献四部分；
学生签名：
年月日
课程设计（论文）评审意见
（1）题目分析（20分）：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（2）流程分析 （30分）：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（3）数据定义 （30分）：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（4）代码编写 （10分）：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（5）创新能力 （10分）：
优（ ）、良（ ）、中（ ）、一般（ ）、差（ ）；
（6）格式规范性、设计态度及考勤是否降等级：
是（ ）、否（ ）
评阅人：
职称：
讲师
年月日
正文
一、数据结构定义
1.抽象数据类型
本设计中用到的数据结构ADT定义如下：
ADTHuffmanTree{
数据对象T：
具有相同特性的数据元素的集合
数据关系R：
满足最有二叉树的关系
基本操作P：
Init（&t）
操作结果：
钩子一个空赫夫曼树t。
Encode（）
操作结果：
利用赫夫曼树进行编码
Decode（）
操作结果：
利用赫夫曼树进行译码
}
2.存储结构定义
数据存储结构的C语言定义如下：
typedefstructBinTree{
intdata;
structBinTree*lchild,*rchild;
}BinTree,*BinTree;
3.基本操作
数据结构的基本操作实现如下：
CreateHuffmanTree（&HT）;
初始条件：
给出HuffmanTree的定义。
操作结果：
构造HuffmanTree。
HuffumanCoding（HuffmanTreeHT,HuffmanCode&HC）
初始条件：
HT存在。
操作结果：
得出编码HC。
PrintHuffmanCode（HuffmanTreeHT,HuffmanCodeHC）
初始条件：
HT,HC存在。
操作结果：
显示字符与其对应的编码。
二、解题过程
1.问题分解
该问题主要应实现以下功能：
（1）I：
初始化（Initialization）。
从终端读入字符集大小n，以及n个字符和n个权值，建立赫夫曼树，并将它存于文件hfmTree中。
（2）E：
编码（Encoding）。
利用已建好的赫夫曼树（如不在内存，则从文件hfmTree中读入），对文件ToBeTran中的正文进行编码，然后将结果存入文件CodeFile中。
（3）D：
译码（Decoding）。
利用已建好的赫夫曼树将文件CodeFile中的代码进行译码，结果存入文件Textfile中。
2.模块结构
系统主要由3个模块组成，分别是：
（1）主函数
（2）编码功能
（3）译码功能
模块之间的结构如下：
（1）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.txt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。
（2）Encoding
编码功能：
对输入字符进行编码
（3）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.dat中。
3.解题思路
各模块的实现步骤为
（1）voidmain（）//主函数
{
inti=0,n=0;
int*w,weight[MAX];
charin;
huftreetree[MAX];
charin;
while（in!
='5'）
{
printf（"****************赫夫曼编/译码*************\n"）;
rintf（"I.InitE.EncodingD.DecodingQ.Exit"）;
printf（"请输入您要操作的步骤：
"）；
switch（in）
{
case'I':
printf（“请输入字符个数：
\n"）;
scanf（"%d",&n）;
printf（"请输入字符信息和权值：
\n"）;
for（i=1;i<=n;i++）
{
scanf（"cha[i],weight[i]"）;
}
huffman（tree,w,n）;break;
case'E':
huffmancode（tree,code,n）;break;
case'D':
tohuffmancode（n）;break;
case'Q':
decode（cha,tree,n）;break;
}
}
（2）voidtohuffmancode（intn）//编码部分
{
inti=0,j;
charanychar[9999];
printf（"请输入您要编码的字符串：
\n"）;
scanf（"%s",&a）;
printf（"编码为：
\n"）;
for（anychar[i]!
='\0';i++）
{
j=0;
for（anychar[i]!
=cha[j]&&j<=n;）j++;
if（j<=n）
printf（"",j\n）;
}
}
（3）voiddecode（dharch[],hufftreetree[],intn）//译码
{
Inti,j,m,charb;
M=2*n-1;
I=m;
Printf（"请输入编码：
\n"）;
Scanf（"%s",&b）;
Printf（"译码为：
\n"）;
While（b！
=10）{
If（tree[i],lchild==0）
{
printf（"j=i,i=m",i）;
}
}
If（tree[j].lchild!
=0）
Printf（"ERROR"）;
}
三、实现
代码及注释
#include
#include
#include
#defineMAXVAL10000.0
structhufmtreenode{//赫夫曼树结点数据类型
chardata;
floatweight;//结点权值
intparent,lchild,rchild;//父结点，左、右孩子结点
};
structhufmtree{//赫夫曼树数据类型
hufmtreenode*node;//结点数组（根据n的值动态分配）
intn;//叶子结点数
};
structCodetype{//赫夫曼编码数据类型
char*bits;//编码流数组，n为为哈夫曼树中叶子结点的数目，编码的长度不可能超过n
intstart;//编码实际在编码流数组里的开始位置
};
voidSortHufmtree（hufmtree*tree）{//将赫夫曼树n个叶子结点由大到小排序
inti,j,k;
hufmtreenodetemp;
if（tree==NULL）
return;
for（i=0;in;i++）
{
k=i;
for（j=i+1;jn;j++）
if（tree->node[j].weight>tree->node[k].weight）
k=j;
if（k!
=i）
{
temp=tree->node[i];
tree->node[i]=tree->node[k];
tree->node[k]=temp;
}
}
}
Codetype*HuffmanCode（hufmtree*tree）{//赫夫曼编码的生成
inti,j,p,k;
Codetype*code;
if（tree==NULL）
returnNULL;
code=（Codetype*）malloc（tree->n*sizeof（Codetype））;
for（i=0;in;i++）
{
printf（"%c",tree->node[i].data）;
code[i].bits=（char*）malloc（tree->n*sizeof（char））;
code[i].start=tree->n-1;
j=i;
p=tree->node[i].parent;
while（p!
=-1）{
if（tree->node[p].lchild==j）
code[i].bits[code[i].start]='0';
else
code[i].bits[code[i].start]='1';
code[i].start--;
j=p;
p=tree->node[p].parent;
}
for（k=code[i].start+1;kn;k++）
printf（"%c",code[i].bits[k]）;
printf（"\n"）;
}
returncode;
}
hufmtree*BuildHuffmanTree（hufmtree*tree）{//构建叶子结点已初始化的赫夫曼树
//tree中所有叶子结点已初始化
inti,j,p1,p2,m;
floatsmall1,small2;
m=2*（tree->n）-1;
for（i=tree->n;i{
tree->node[i].parent=-1;
tree->node[i].lchild=-1;
tree->node[i].rchild=-1;
tree->node[i].weight=0.0;
}
for（i=tree->n;i{
small1=small2=MAXVAL;
for（j=0;j<=i-1;j++）
{
if（tree->node[j].parent==-1&&tree->node[j].weight<=small1）
{
small1=tree->node[j].weight;
p1=j;
}
}
for（j=0;j<=i-1;j++）
{
if（tree->node[j].parent==-1&&tree->node[j].weight<=small2&&（j!
=p1））
{
small2=tree->node[j].weight;
p2=j;
}
}
tree->node[p1].parent=tree->node[p2].parent=i;
tree->node[i].weight=tree->node[p1].weight+tree->node[p2].weight;
tree->node[i].lchild=p1;
tree->node[i].rchild=p2;
}
returntree;
}
hufmtree*CreateHuffmanTreeFromSourceFile（）{//通过解析源文件建立赫夫曼树
FILE*textfile,*datafile;
charch,sourcefilename[100];
inti,j=0,n=0;
floatcount[128];//用于统计字符在源文件中出现的次数，27表示26个英文字母和1个空格字符
hufmtree*tree;
//打开一个源文件
printf（"\n请输入源文件所在路径:
\n"）;
scanf（"%s",sourcefilename）;
if（（textfile=fopen（sourcefilename,"r"））==NULL）{
printf（"\n找不到文件%s\n",sourcefilename）;
returnNULL;
}
for（i=0;i<128;i++）
count[i]=0;
//对源文件中各字符的个数统计
ch=fgetc（textfile）;
while（!
feof（textfile））{
for（i=0;i<128;i++）
if（ch==char（i））{
count[i]++;
break;
}
ch=fgetc（textfile）;
}
//将统计结果写入权值信息文件thedata.txt中，并构建赫夫曼树
datafile=fopen（"thedata.txt","w"）;
for（i=0;i<128;i++）
if（count[i]!
=0）
n++;
fprintf（datafile,"%d\n",n）;
tree=（hufmtree*）malloc（sizeof（hufmtree））;
tree->node=（hufmtreenode*）malloc（（2*n-1）*sizeof（hufmtreenode））;
tree->n=n;
printf（"\n源文件的字符集及其权值信息如下：
\n"）;
for（i=0;i<128;i++）
if（count[i]!
=0）
{
fprintf（datafile,"%c%f\n",char（i）,count[i]）;
printf（"%c%.0f\n",char（i）,count[i]）;
tree->node[j].data=char（i）;
tree->node[j].weight=count[i];
tree->node[j].parent=-1;
tree->node[j].lchild=-1;
tree->node[j].rchild=-1;
j++;
}
SortHufmtree（tree）;
BuildHuffmanTree（tree）;
fclose（textfile）;
fclose（datafile）;
printf（"\n赫夫曼属构建完毕，现已将权值信息保存至thedata.txt\n"）;
returntree;
}
hufmtree*CreateHuffmanTreeByInput（）{//通过用户输入建立赫夫曼树
intn;
hufmtree*tree;
inti,m;
FILE*datafile;
tree=（hufmtree*）malloc（sizeof（hufmtree））;
datafile=fopen（"data.txt","w"）;
//由用户输入字符与权值信息并将其写入thedata.txt，同时进行赫夫曼树初始化
printf（"请输入字符数：
"）;
scanf（"%d",&n）;
if（n<=0）
{
printf（"\n亲！
您输入有误哦！
\n"）;
returnNULL;
}
tree->node=（hufmtreenode*）malloc（（2*n-1）*sizeof（hufmtreenode））;
tree->n=n;
m=2*n-1;
for（i=0;i{
tree->node[i].parent=-1;
tree->node[i].lchild=-1;
tree->node[i].rchild=-1;
tree->node[i].weight=0.0;
}
fprintf（datafile,"%d\n",n）;
for（i=0;i{
printf（"输入第%d个字符及其权值：
",i+1）;
tree->node[i].data=getche（）;
scanf（"%f",&tree->node[i].weight）;
fprintf（datafile,"%c%f\n",tree->node[i].data,tree->node[i].weight）;
}
fclose（datafile）;
//赫夫曼树构建
SortHufmtree（tree）;
BuildHuffmanTree（tree）;
printf（"\n赫夫曼树构建完毕，已将权值信息存入thedata.txt\n"）;
returntree;
}
hufmtree*CreateHuffmanTreeFromDataFile（）{//通过读取权值信息文件建立赫夫曼树
FILE*datafile;
inti,n;
hufmtree*tree;
if（（datafile=fopen（"data.txt","r"））==NULL）{
printf（"\n赫夫曼树未构建成功！
\n"）;
returnNULL;
}
//赫夫曼树初始化
fscanf（datafile,"%d",&n）;
fgetc（datafile）;
tree=（hufmtree*）malloc（sizeof（hufmtree））;
tree->node=（hufmtreenode*）malloc（（2*n-1）*sizeof（hufmtreenode））;
tree->n=n;
for（i=0;itree->node[i].data=fgetc（datafile）;
fscanf（datafile,"%f\n",&tree->node[i].weight）;
tree->node[i].parent=-1;
tree->node[i].lchild=-1;
tree->node[i].rchild=-1;
}
fclose（datafile）;
//赫夫曼树构建
SortHufmtree（tree）;
BuildHuffmanTree（tree）;
returntree;
}
hufmtree*Encoding（hufmtree*tree）{//对源文件进行编码并将其输出至新文件
FILE*textfile,*codefile;
charch,sourcefilename[50];
inti,j;
Codetype*code;
if（tree==NULL）//如果内存中尚未建立赫夫曼树
{//试从thedata.txt中读取权值信息并建立赫夫曼树
tree=CreateHuffmanTreeFromDataFile（）;
if（tree==NULL）
returnNULL;
}
//读取源文件
printf（"\n请输入源文件所在路径:
\n"）;
scanf（"%s",sourcefilename）;
if（（textfile=fopen（sourcefilename,"r"））==NULL）{
printf（"\n找不到文件%s\n",sourcefilename）;
returnNULL;
}
printf（"\n源文件的原文如下：
\n"）;
ch=fgetc（textfile）;
while（!
feof（textfile））{
printf（"%c",ch）;
ch=fgetc（textfile）;
}
//编码
printf（"\n字符集的赫夫曼编码如下：
\n"）;
code=HuffmanCode（tree）;
//将源文件中各字符编码并写入codefile
codefile=fopen（"CodeFile.txt","w"）;
fseek（textfile,0,SEEK_SET）;
ch=fgetc（textfile）;
while（!
feof（textfile））
{
for（i=0;in;i++）
if（ch==tree->node[i].data）{
for（j=code[i].start+1;jn;j++）
fputc（code[i].bits[j],codefile）;
break;
}
if（i==tree->n）//在赫夫曼树中找不到与文本内容里对应的字符
{
printf（"\n字符%c不在赫夫曼树中，不能正确编码！
\n",ch）;
fclose（codefile）;
returnNULL;
}
ch=fgetc（textfile）;
}
fclose（codefile）;
printf（"\n编码已成功，已将代码写入至CodeFile.txt,代码如下:
\n"）;
codefile=fopen（"CodeFile.txt","r"）;
ch=fgetc（codefile）;
while（!
feof（codefile））{
printf（"%c",ch）;
ch=fgetc（codefile）;
}
printf（"\n"）;
fclose（textfile）;
fclose（codefile）;
returntree;
}
voidDecoding（hufmtree*tree）//对编码文件进行译码并将其输出至新文件
{
FILE*codefile,*decodef
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