5哈夫曼编码和译码的算法设计与实现1.docx
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5哈夫曼编码和译码的算法设计与实现1
实验名称
哈夫曼编码和译码的算法设计与实现
实验方案
实验成绩
实验日期
实验室
信息系统设计与仿真室I
实验操作
实验台号
班级姓名
通信11-1BF王琳
实验结果
一、实验目的
1、掌握哈夫曼编码的二叉树结构表示方法；
2、编程实现哈夫曼编码译码器；
3、掌握贪心算法的设计策略。
二、实验任务
①从文件中读取数据，构建哈夫曼树；
②利用哈夫曼树，对输入明文进行哈夫曼编码；
③利用哈夫曼树，对输入编码译码为明文。
三、实验设计方案
1、结构体设计
Huffman树：
包括字符，权，父亲下标，左孩子下标，右孩子下标
#defineN29//26个小写字母，逗号，句号和空格字符.
structtreenode{//静态链表
charc;//char
intw;//weight
intf;//father
intl;//leftchildindex
intr;//rightchildindex
};
structtreenodehtree[2*N-1];
2、自定义函数设计
1函数原型声明
voidinput（）;//读取文件字符、权值数据
voidhuffman（）;//建立huffman树
voidgetcode（inti,char*str）;//得到单个字符的huffman编码
voidencode（charch）;//将明文进行huffman编码
voiddecode（char*str）;//将huffman编码译为明文
②读取文件字符、权值数据
voidinput（）
{
inti;
charc;
intf;
freopen（"in.txt","r",stdin）;
for（i=0;i{
c=getchar（）;//接收字符
scanf（"%d",&f）;//接收权值
getchar（）;//接收回车
ht[i].c=c;
ht[i].w=f;
ht[i].l=ht[i].f=ht[i].r=-1;//初始化父亲、左右孩子下标
}
freopen（"CON","r",stdin）;
}
③建立huffman树
//使用贪心法建立huffman树,每次选择权值最小的根结点
voidhuffman（）
{
voidhuffman（）
{
intj,k,n;
input（）;
j=0;
k=N;
for（n=N;n<2*N-1;n++）{//建立huffman树，共合并N-1次
intr=0,s=0;
ht[n].l=ht[n].f=ht[n].r=-1;
while（r<2）{//选择两个最小的权值结点
if（（ht[k].w==0||ht[k].w>ht[j].w）&&js+=ht[j].w;
if（r==0）ht[n].l=j;//修改父亲、孩子下标
elseht[n].r=j;
ht[j].f=n;
j++;
}
else{
s+=ht[k].w;
if（r==0）ht[n].l=k;//修改父亲、孩子下标
elseht[n].r=k;
ht[k].f=n;
k++;
}
r++;
}
ht[n].w=s;//修改权值
}
}
④根据字符下标找到字符的huffman编码
//根据字符所在的下标，从叶子结点往上搜索到根节点，然后逆置得到该字符的huffman编码
voidgetcode（inti,char*str）{
intn,j,l=0;
for（n=i;ht[n].f!
=-1;n=ht[n].f）{//沿着父亲往上搜索
intm=ht[n].f;
if（n==ht[m].l）
str[l++]='0';//左孩子记为0
else
str[l++]='1';//右孩子记为1
}
for（j=0;j<=（l-1）/2;j++）{//将编码逆置
chart;
t=str[j];
str[j]=str[l-1-j];
str[l-1-j]=t;
}
str[l]=0;//str存放huffman编码，字符串结束标记
}
⑤读入明文生成huffman编码
voidencode（charch）
{
inti;
charstr[N];
for（i=0;ht[i].c!
=0;i++）
if（ht[i].c==ch）//找字符下标
break;
if（ht[i].c!
=0）
{
getcode（i,str）;//得到字符的huffman编码
printf（"%s",str）;
}
}
⑥将huffman编码串译码为明文
voiddecode（char*str）{
while（*str!
='\0'）{
inti;
for（i=2*N-2;ht[i].l!
=-1;）{
if（*str=='0'）
i=ht[i].l;
else
i=ht[i].r;
str++;
}
printf（"%c",ht[i].c）;
}
}
3、主函数设计
思路：
主函数实现实验任务的基本流程。
voidmain（）
{
charch;
inti;
charstr[100];
huffman（）;//建立huffman树
printf（"请输入明文：
"）;//输入明文
while（（ch=getchar（））!
='\n'）
encode（ch）;//得到huffman编码
printf（"\n"）;
printf（"\n请按字符编码对应表输入密文：
\n"）;
for（i=0;i{
printf（"%c:
",ht[i].c）;
encode（ht[i].c）;
printf（"\t"）;
}
scanf（"%s",str）;//输入编码串
decode（str）;//翻译成明文
printf（"\n"）;
}
四、测试
1、字符权值数据存放在in.txt文件中：
j217
z309
q343
x505
k1183
w1328
v1531
f1899
.2058
y2815
b2918
g3061
3069
h3724
d4186
m4241
p4283
u4910
5005
c6028
s6859
l6882
n7948
o8259
t8929
r9337
i9364
a10050
e11991
2、测试
输入明文：
you
输出编码：
111011*********
输入编码：
010*********
输入解码：
love
五、总结与讨论
1、问题与错误
对程序的思路不明确，算法也不是很懂。
2、经验与收获
了解了新算法，有所接触
3、改进与设想
六、源代码
#include
#include
#include
#defineN29
structtreenode{//静态链表
charc;//char
intw;//weight
intf;//father
intl;//leftchildindex
intr;//rightchildindex
};
structtreenodeht[2*N-1];
voidinput（）
{
inti;
charc;
intf;
freopen（"in.txt","r",stdin）;
for（i=0;i{
c=getchar（）;//接收字符
scanf（"%d",&f）;//接收权值
getchar（）;//接收回车
ht[i].c=c;
ht[i].w=f;
ht[i].l=ht[i].f=ht[i].r=-1;//初始化父亲、左右孩子下标
}
freopen（"CON","r",stdin）;
}
voidhuffman（）
{
intj,k,n;
input（）;
j=0;
k=N;
for（n=N;n<2*N-1;n++）{
intr=0,s=0;
ht[n].l=ht[n].f=ht[n].r=-1;
while（r<2）{
if（（ht[k].w==0||ht[k].w>ht[j].w）&&js+=ht[j].w;
if（r==0）ht[n].l=j;
elseht[n].r=j;
ht[j].f=n;
j++;
}
else{
s+=ht[k].w;
if（r==0）ht[n].l=k;
elseht[n].r=k;
ht[k].f=n;
k++;
}
r++;
}
ht[n].w=s;
}
}
voidgetcode（inti,char*str）{
intn,j,l=0;
for（n=i;ht[n].f!
=-1;n=ht[n].f）{
intm=ht[n].f;
if（n==ht[m].l）
str[l++]='0';
else
str[l++]='1';
}
for（j=0;j<=（l-1）/2;j++）{//inverse
chart;
t=str[j];
str[j]=str[l-1-j];
str[l-1-j]=t;
}
str[l]=0;
}
voidencode（charch）
{
inti;
charstr[N];
for（i=0;ht[i].c!
=0;i++）
if（ht[i].c==ch）//找到字符
break;
if（ht[i].c!
=0）
{
getcode（i,str）;
printf（"%s",str）;
}
}
voiddecode（char*str）{
while（*str!
='\0'）{
inti;
for（i=2*N-2;ht[i].l!
=-1;）{
if（*str=='0'）
i=ht[i].l;
else
i=ht[i].r;
str++;
}
printf（"%c",ht[i].c）;
}
}
voidmain（）
{
charch;
inti;
charstr[100];
huffman（）;
printf（"请输入明文：
"）;
while（（ch=getchar（））!
='\n'）
encode（ch）;
printf（"\n"）;
printf（"\n请按字符编码对应表输入密文：
\n"）;
for（i=0;i{
printf（"%c:
",ht[i].c）;
encode（ht[i].c）;
printf（"\t"）;
}
scanf（"%s",str）;
decode（str）;
printf（"\n"）;
}
实验名称
哈夫曼编码和译码的算法设计与实现
实验方案
实验成绩
实验日期
实验室
信息系统设计与仿真室I
实验操作
实验台号
班级姓名
通信11-1BF段思楠
实验结果
一、实验目的
1、掌握哈夫曼编码的二叉树结构表示方法；
2、编程实现哈夫曼编码译码器；
3、掌握贪心算法的设计策略。
二、实验任务
①从文件中读取数据，构建哈夫曼树；
②利用哈夫曼树，对输入明文进行哈夫曼编码；
③利用哈夫曼树，对输入编码译码为明文。
三、实验设计方案
1、结构体设计
Huffman树：
包括字符，权，父亲下标，左孩子下标，右孩子下标
#defineN29//26个小写字母，逗号，句号和空格字符.
structtreenode{//静态链表
charc;//char
intw;//weight
intf;//father
intl;//leftchildindex
intr;//rightchildindex
};
structtreenodehtree[2*N-1];
2、自定义函数设计
2函数原型声明
voidinput（）;//读取文件字符、权值数据
voidhuffman（）;//建立huffman树
voidgetcode（inti,char*str）;//得到单个字符的huffman编码
voidencode（charch）;//将明文进行huffman编码
voiddecode（char*str）;//将huffman编码译为明文
②读取文件字符、权值数据
voidinput（）
{
inti;
charc;
intf;
freopen（"in.txt","r",stdin）;
for（i=0;i{
c=getchar（）;//接收字符
scanf（"%d",&f）;//接收权值
getchar（）;//接收回车
ht[i].c=c;
ht[i].w=f;
ht[i].l=ht[i].f=ht[i].r=-1;//初始化父亲、左右孩子下标
}
freopen（"CON","r",stdin）;
}
③建立huffman树
//使用贪心法建立huffman树,每次选择权值最小的根结点
voidhuffman（）
{
voidhuffman（）
{
intj,k,n;
input（）;
j=0;
k=N;
for（n=N;n<2*N-1;n++）{//建立huffman树，共合并N-1次
intr=0,s=0;
ht[n].l=ht[n].f=ht[n].r=-1;
while（r<2）{//选择两个最小的权值结点
if（（ht[k].w==0||ht[k].w>ht[j].w）&&js+=ht[j].w;
if（r==0）ht[n].l=j;//修改父亲、孩子下标
elseht[n].r=j;
ht[j].f=n;
j++;
}
else{
s+=ht[k].w;
if（r==0）ht[n].l=k;//修改父亲、孩子下标
elseht[n].r=k;
ht[k].f=n;
k++;
}
r++;
}
ht[n].w=s;//修改权值
}
}
④根据字符下标找到字符的huffman编码
//根据字符所在的下标，从叶子结点往上搜索到根节点，然后逆置得到该字符的huffman编码
voidgetcode（inti,char*str）{
intn,j,l=0;
for（n=i;ht[n].f!
=-1;n=ht[n].f）{//沿着父亲往上搜索
intm=ht[n].f;
if（n==ht[m].l）
str[l++]='0';//左孩子记为0
else
str[l++]='1';//右孩子记为1
}
for（j=0;j<=（l-1）/2;j++）{//将编码逆置
chart;
t=str[j];
str[j]=str[l-1-j];
str[l-1-j]=t;
}
str[l]=0;//str存放huffman编码，字符串结束标记
}
⑤读入明文生成huffman编码
voidencode（charch）
{
inti;
charstr[N];
for（i=0;ht[i].c!
=0;i++）
if（ht[i].c==ch）//找字符下标
break;
if（ht[i].c!
=0）
{
getcode（i,str）;//得到字符的huffman编码
printf（"%s",str）;
}
}
⑥将huffman编码串译码为明文
voiddecode（char*str）{
while（*str!
='\0'）{
inti;
for（i=2*N-2;ht[i].l!
=-1;）{
if（*str=='0'）
i=ht[i].l;
else
i=ht[i].r;
str++;
}
printf（"%c",ht[i].c）;
}
}
3、主函数设计
思路：
主函数实现实验任务的基本流程。
voidmain（）
{
charch;
inti;
charstr[100];
huffman（）;//建立huffman树
printf（"请输入明文：
"）;//输入明文
while（（ch=getchar（））!
='\n'）
encode（ch）;//得到huffman编码
printf（"\n"）;
printf（"\n请按字符编码对应表输入密文：
\n"）;
for（i=0;i{
printf（"%c:
",ht[i].c）;
encode（ht[i].c）;
printf（"\t"）;
}
scanf（"%s",str）;//输入编码串
decode（str）;//翻译成明文
printf（"\n"）;
}
四、测试
1、字符权值数据存放在in.txt文件中：
j217
z309
q343
x505
k1183
w1328
v1531
f1899
.2058
y2815
b2918
g3061
3069
h3724
d4186
m4241
p4283
u4910
5005
c6028
s6859
l6882
n7948
o8259
t8929
r9337
i9364
a10050
e11991
2、测试
输入明文：
you
输出编码：
111011*********
输入编码：
010*********
输入解码：
love
五、总结与讨论
1、问题与错误
对算法思路不是很清晰
2、经验与收获
3、改进与设想
6、源代码
#include
#include
#include
#defineN29
structtreenode{//静态链表
charc;//char
intw;//weight
intf;//father
intl;//leftchildindex
intr;//rightchildindex
};
structtreenodeht[2*N-1];
voidinput（）
{
inti;
charc;
intf;
freopen（"in.txt","r",stdin）;
for（i=0;i{
c=getchar（）;//接收字符
scanf（"%d",&f）;//接收权值
getchar（）;//接收回车
ht[i].c=c;
ht[i].w=f;
ht[i].l=ht[i].f=ht[i].r=-1;//初始化父亲、左右孩子下标
}
freopen（"CON","r",stdin）;
}
voidhuffman（）
{
intj,k,n;
input（）;
j=0;
k=N;
for（n=N;n<2*N-1;n++）{
intr=0,s=0;
ht[n].l=ht[n].f=ht[n].r=-1;
while（r<2）{
if（（ht[k].w==0||ht[k].w>ht[j].w）&&js+=ht[j].w;
if（r==0）ht[n].l=j;
elseht[n].r=j;
ht[j].f=n;
j++;
}
else{
s+=ht[k].w;
if（r==0）ht[n].l=k;
elseht[n].r=k;
ht[k].f=n;
k++;
}
r++;
}
ht[n].w=s;
}
}
voidgetcode（inti,char*str）{
intn,j,l=0;
for（n=i;ht[n].f!
=-1;n=ht[n].f）{
intm=ht[n].f;
if（n==ht[m].l）
str[l++]='0';
else
str[l++]='1';
}
for（j=0;j<=（l-1）/2;j++）{//inverse
chart;
t=str[j];
str[j]=str[l-1-j];
str[l-1-j]=t;
}
str[l]=0;
}
voidencode（charch）
{
inti;
charstr[N];
for（i=0;ht[i].c!
=0;i++）
if（ht[i].c==ch）//找到字符
break;
if（ht[i].c!
=0）
{
getcode（i,str）;
printf（"%s",str）;
}
}
voiddecode（char*str）{
while（*st
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