哈夫曼编码译码器实验报告.docx
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哈夫曼编码译码器实验报告
实验报告
哈夫曼编码及译码
班级：
软件工程一班
学号：
2220141524
姓名：
孙正涛
1问题描述
1.设计一个利用哈夫曼算法的编码和译码系统，重复地显示并处理以下项目，直到选择退出为止。
（1） 将权值数据存放在数据文件（文件名为data.txt，位于当前目录中）；
（2） 分别采用动态和静态存储结构;初始化：
键盘输入字符集大小n、n个字符和n个权值，建立哈夫曼树;
（3） 编码：
利用建好的哈夫曼树生成哈夫曼编码；输出编码；
设计要求：
（1）符合课题要求，实现相应功能；
（2）要求界面友好美观，操作方便易行；
（3）注意程序的实用性、安全性。
2需求分析
编写此软件是为了实现一个利用哈夫曼算法的编码和译码系统。
比如，再利用电报进行通讯时，需要将文字转换成由二进制的字符组成的字符串。
比如需传送的电文为“ABACCDA”假设将A,B,C,D分别编码为00、01、10、11.则上述电文遍为100，总长度为14位。
但是在传送过程中，总希望长度能够尽可能的短，于是我们想采用长度不等的编码。
但是这种编码必须遵循：
任何一个字符的编码都不是另一个字符编码的前缀。
对此软件的要求：
能够正确的使得对于输入的字符进行编码以及译码，并且是的在译码过程中不会出错，同时能够将编码以及译码的结果正确的存入文件当中。
3概要设计
总体框图以及功能描述
4详细设计
数据类型的定义
（1）哈夫曼树节点类型
structhufmtreenode{//哈弗曼树结点数据类型
chardata;
floatweight;//结点权值
intparent,lchild,rchild;//父结点，左、右孩子结点
};
（2）哈夫曼树类型
structhufmtree{//哈弗曼树数据类型
hufmtreenode*node;//结点数组（根据n的值动态分配）
intn;//叶子结点数
};
（3）哈夫曼编码数据类型
structCodetype{//哈弗曼编码数据类型
char*bits;//编码流数组，
intstart;//编码实际在编码流数组里的开始位置
}
5测试分析
（1）打开源文件统计各字符及权值信息并存入data.txt文件中
（2）将统计出的权值信息进行哈夫曼编码
（3）将编码内容存入Code文件中
（4）将Code文件中的内容译码
（5）成功译码把原字符信息存入DeCode文件中
（6）输入各字符及其权值
（7）将各字符的权值信息进行哈夫曼编码
（7）根据编码再进行译码工作
6课程设计总结
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，当今计算机应用在生活中可以说得是无处不在。
因此作为二十一世纪的大学来说掌握计算机开发技术是十分重要的。
回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，自从拿到题目到完成整个编程，从理论到实践，在整整一个星期的日子里，可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，这毕竟独立做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说结构体……通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在谢老师的辛勤指导下，终于游逆而解。
同时，在李玉蓉老师的《软件工程导论》课上我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！
同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！
附录（源程序清单）
#include
#include
#include
#defineMAXVAL10000.0
structhufmtreenode{//哈弗曼树结点数据类型
chardata;
doubleweight;//结点权值
intparent,lchild,rchild;//父结点，左、右孩子结点
};
structhufmtree{//哈弗曼树数据类型
hufmtreenode*node;//结点数组（根据n的值动态分配）
intn;//叶子结点数
};
structCodetype{//哈弗曼编码数据类型
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）{//将哈夫曼树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）{//哈弗曼编码的生成
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）;//打印字符信息
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++）//打印字符编码
printf（"%c",code[i].bits[k]）;
printf（"\n"）;
}
returncode;
}
hufmtree*BuildHuffmanTree（hufmtree*tree）{//构建叶子结点已初始化的哈夫曼树
//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哈夫曼树
FILE*textfile,*datafile;
charch,source[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",source）;
if（（text（source,"r"））==NULL）{
printf（"\n找不到文件%s\n",source）;
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data.txt中，并构建哈夫曼树
data（"f:
\\data.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]）;
fprintf（datafile,"%c%.0f\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哈夫曼树建立完毕，已将权值信息保存至data.txt\n"）;
returntree;
}
hufmtree*CreateHuffmanTreeByInput（）{//通过用户输入建立哈夫曼树
intn;
hufmtree*tree;
inti,m;
FILE*datafile;
tree=（hufmtree*）malloc（sizeof（hufmtree））;
data（"f:
\\data.txt","w"）;
//由用户输入字符与权值信息并将其写入data.txt，同时进行哈夫曼树初始化
printf（"请输入字符数：
"）;
scanf（"%d",&n）;
if（n<=0）
{
printf（"\n您的输入有误。
\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（"\n输入第%d个字符及其权值：
",i+1）;
tree->node[i].data=getche（）;
tree->node[i].weight=getche（）;
fprintf（datafile,"%c,%.0f\n",tree->node[i].data,tree->node[i].weight-48）;
}
fclose（datafile）;
//哈夫曼树构建
SortHufmtree（tree）;
BuildHuffmanTree（tree）;
printf（"\n哈夫曼树建立完毕，已将权值信息保存至data.txt\n"）;
returntree;
}
hufmtree*CreateHuffmanTreeFromDataFile（）{//通过读取权值信息文件建立哈夫曼树
FILE*datafile;
inti,n;
hufmtree*tree;
if（（data（"f:
\\data.txt","r"））==NULL）{
printf（"\n哈夫曼树尚未建立\n"）;
returnNULL;
}
//哈夫曼树初始化
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）;
//哈夫曼树构建
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,source[50];
inti,j;
Codetype*code;
if（tree==NULL）//如果内存中尚未建立哈夫曼树
{//试从data.txt中读取权值信息并建立哈夫曼树
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",source）;
if（（text（source,"r"））==NULL）{
printf（"\n找不到文件%s\n",source）;
returnNULL;
}
//打印源文件内容
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字符集的哈夫曼编码如下：
\n"）;
code=HuffmanCode（tree）;
//将源文件中各字符编码并写入codefile
code（"f:
\\Code","w"）;
fseek（text）;
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）//在哈夫曼树树中找不到与文本内容里对应的字符
{
printf（"\n字符%c不在哈夫曼树中，不能正确编码。
\n",ch）;
fclose（codefile）;
returnNULL;
}
ch=fgetc（textfile）;
}
fclose（codefile）;
//提示成功信息并打印代码
printf（"\n编码成功,已将代码写入Code,代码如下：
\n"）;
code（"f:
\\Code","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,*decodefile;
charch,code[100];
inti;
if（tree==NULL）//如果尚未建立哈夫曼树
{//试从data.txt中读取权值信息并建立哈夫曼树
tree=CreateHuffmanTreeFromDataFile（）;
if（tree==NULL）
return;
}
//打开编码文件
printf（"\n请输入代码文件所在路径:
\n"）;
scanf（"%s",code）;
if（（code（code,"r"））==NULL）{
printf（"\n找不到文件%s\n",code）;
return;
}
//打印编码文件的正文
printf（"\n代码文件原文如下：
\n"）;
ch=fgetc（codefile）;
while（!
feof（codefile））{
printf（"%c",ch）;
ch=fgetc（codefile）;
}
//进行译码并将译文写入DecodeFile
decode（"f:
\\Decode","w"）;
fseek（code）;
ch=fgetc（codefile）;
while（!
feof（codefile））
{
for（i=2*tree->n-2;tree->node[i].lchild>=0&&tree->node[i].rchild>=0&&ch!
=EOF;）
{
if（ch=='0'）
i=tree->node[i].lchild;
elseif（ch=='1'）
i=tree->node[i].rchild;
else{
//printf（"\n存在异常字符%c，不能正确译码。
\n",ch）;
return;
}
if（i==-1）//在哈夫曼树中找不到对应叶子结点
{
printf（"\n编码与当前哈夫曼树结构不相符，不能正确译码。
\n",ch）;
fclose（decodefile）;
return;
}
ch=fgetc（codefile）;
}
if（tree->node[i].lchild>=0&&tree->node[i].rchild>=0）
{//寻找叶子结点的过程中突然读到了文件尾
printf（"\n代码文件编码内容不完整，不能完整译码。
\n",ch）;
fclose（decodefile）;
return;
}
fputc（tree->node[i].data,decodefile）;
}
fclose（decodefile）;
//提示成功信息并打印译文
printf（"\n\n译码成功，译文已保存至Decode\n"）;
printf（"译文如下：
\n"）;
decode（"f:
\\Decode","r"）;
ch=fgetc（decodefile）;
while（!
feof（decodefile））{
printf（"%c",ch）;
ch=fgetc（decodefile）;
}
printf（"\n"）;
fclose（codefile）;
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