哈弗曼编码译码器.docx
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哈弗曼编码译码器
1需求分析
1、利用哈夫曼编码进行信息通信可以大大提高信道利用率，缩短信息传输时间，降低传输成本。
但是，这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。
2、本次课程设计就是要设计一个哈夫曼编码/译码系统，对一个文本文件中的字符进行哈夫曼编码，生成编码文件（压缩文件，后缀.cod），反过来，可将一个压缩文件译码还原为一个文件（.txt）
2题目要求
1.输入一个待压缩的文件名，统计文本文件中的各字符的个数作为权值，生成哈夫曼树。
2.将文本文件利用哈夫曼树进行编码，生成压缩文件（.cod）
3.输入一个待解压文件名称，并利用相应的哈夫曼树将编码序列译码。
4.显示指定的压缩文件和文本文件。
3运行环境（软、硬件环境）
windowsXP/windows2000
4开发工具和编程语言
开发工具：
MicrosoftVisualC++；
编程语言：
C++；
5详细设计
（1）首先，对一些基本的基本输入输出函数，字符串函数，动态存储分配等函数进行定义：
#include//包含基本输入输出函数
#include//包含字符串函数
#include//包含exit（）及动态存储分配等函数
#include//C++
#include
#include
对输入的字符数进行定义：
（用N代表能够编码的最大字符数）
例如：
设输入编码的最大的字符数为100，则具体的操作如下：
#defineN100
（2）然后，定义字符和其存储信息，定义哈夫曼树各结点的存储信息，具体的操作如下：
structcharacter{//定义字符
charcha;//用来保存各字符信息
intcount;//存放字符的权值
}R[N];
structHuffmanNode{//定义哈夫曼树各结点
intweight;//存放结点的权值
intparent;//记录结点父亲位置
intlchild,rchild;//分别存放该结点的左、右孩子的所在单元的编号
}HTNode,*Node;
intNum;//记录所要编译的文本中的字符的个数
char*Info;//存放结点的字符信息
chartoken[10];//用来存储原文件名
charfile_name[10],file_name1[10];//用来存储目标文件名
（3）统计文本文件中的各字符的个数作为权值，生成哈夫曼树。
在操作中要首先对哈夫曼树的初始化：
用函数voidInitialization（）来完成；具体的操作如下：
voidInitialization（）
{
inti,j,pos1,pos2,max1,max2;
Node=newHuffmanNode[2*Num-1];//Num权值对应的哈夫曼树中的结点总数为2*Num-1个
Info=newchar[2*Num-1];
for（i=0;iInfo[i]=R[i].cha;//传送字符信息
Node[i].weight=R[i].count;//传送权值
Node[i].parent=-1;//为根结点
Node[i].lchild=-1;//无左孩子
Node[i].rchild=-1;//无右孩子
}
for（i=Num;i<2*Num-1;i++）//表示需做Num-1次合并
{pos1=-1;
pos2=-1;//分别用来存放当前最小值和次小值的所在单元编号
max1=32767;//32767为整型数的最大值
max2=32767;//分别用来存放当前找到的最小值和次小值
for（j=0;jif（Node[j].parent==-1）//是否为根结点
if（Node[j].weightmax2=max1;//原最小值变为次小值
max1=Node[j].weight;//存放最小值
pos2=pos1;//修改次小值所在单元编号
pos1=j;//修改最小值所在单元编号
}
else
if（Node[j].weightmax2=Node[j].weight;//存放次小值
pos2=j;//修改次小值所在的单元编号
}
Node[pos1].parent=i;//修改父亲位置
Node[pos2].parent=i;
Node[i].lchild=pos1;//修改儿子位置
Node[i].rchild=pos2;
Node[i].parent=-1;Node[i].weight=Node[pos1].weight+Node[pos2].weight;
}
（4）将文本文件利用哈夫曼树进行编码，生成压缩文件（.cod）完成该要求的函数操作和算法如下：
voidEncoder（）//编码
{
if（Node==NULL）{//哈夫曼树不在内存，从文件hfmTree中读入
ifstreamfip;//以二进制方式打开hfmTree.dat文件
fip.open（"hfmTree.dat",ios:
:
in）;//ios:
:
in
if（fip.fail（））{//文件打开失败
cout<<"文件打开失败！
\n";
return;//结束本函数
}
fip.read（（char*）&Num,sizeof（Num））;//读取叶子数
Info=newchar[Num];
Node=newHuffmanNode[2*Num-1];
for（inti=0;ifip.read（（char*）&Info[i],sizeof（Info[i]））;
for（i=0;i<2*Num-1;i++）//读取结点信息
fip.read（（char*）&Node[i],sizeof（Node[i]））;
}
char*Tree;//用于存储需编码内容
inti=0;
ifstreamfip1（token）;
if（fip1.fail（））//文件不存在
{cout<<"文件打开失败!
\n";
return;//结束本函数
}
charch;
intk=0;
while（fip1.get（ch））{
k++;}//计算文件中代码长度
fip1.close（）;
Tree=newchar[k+1];
ifstreamfip2（token）;
k=0;
while（fip2.get（ch））
{
Tree[k]=ch;//读取文件内容，并存到Tree中
k++;
}
fip2.close（）;
cout<<"需编码内容为:
";
for（i=0;icout<cout<<"\n";
cout<<"请输入存储编码的文件名（包括后缀名（.cod））:
";
cin>>file_name1;
ofstreamfop（file_name1,ios:
:
trunc）;//存储编码后的代码,并覆盖原文件
i=0;k=0;
char*code;
code=newchar[Num];//为所产生编码分配容量为Num的存储空间
cout<<"文件进行编码后为:
";
while（Tree[k]!
='#'）//对每一个字符编码
{intj,start=0;
for（i=0;iif（Info[i]==Tree[k]）//求出该文字所在单元的编号
break;
j=i;
while（Node[j].parent!
=-1）//结点j非树根
{j=Node[j].parent;//非结点j的双亲结点
if（Node[j].lchild==i）//是左子树，则生成代码0
code[start++]='0';
else//是右子树，则生成代码1
code[start++]='1';
i=j;
}code[start]='\0';//置串结束符
for（i=0;ij=code[i];
code[i]=code[start-i-1];
code[start-i-1]=j;
}
i=0;
while（code[i]!
='\0'）{//存储代码
cout<fop<i++;
}//cout<<"";
k++;
}
fop.close（）;
cout<<"\n编码成功!
且已存到文件"<\n\n";
}
（5）输入一个待解压文件名称，并利用相应的哈夫曼树将编码序列译码。
完成译码所用到的函数操作和算法如下：
voidDecoder（）//译码
{
inti=0,k=0;
intj=Num*2-1-1;//表示从根结点开始往下搜索
char*BitStr;
cout<<"请输入需要进行译码的文件名（包括后缀名（.cod））:
";
cin>>file_name1;
ifstreamfip1（file_name1）;//利用已建好的哈夫曼树将文件中的代码进行译码
if（fip1.fail（））//文件打开失败，还未编码
{cout<<"请先编码!
\n";
return;
}
charch;
while（fip1.get（ch））{
k++;//计算文件中代码长度
}
fip1.close（）;
BitStr=newchar[k+1];
ifstreamfip2（file_name1）;
k=0;
while（fip2.get（ch））
{
BitStr[k]=ch;//读取文件内容
k++;
}
fip2.close（）;
BitStr[k]='\0';//结束标志符
if（Node==NULL）//还未建哈夫曼树
{cout<<"请先编码!
\n";
return;
}
cout<<"请输入储存译码后的文件名（包括后缀名（.txt））:
";
cin>>file_name;
ofstreamfop（file_name）;//将字符形式的编码文件写入文件中
if（fop.fail（））//文件不存在
{cout<<"文件打开失败!
\n";
return;//结束本函数
}cout<<"经译码,原内容为:
";
while（BitStr[i]!
='\0'）
{if（BitStr[i]=='0'）
j=Node[j].lchild;//往左走
else
j=Node[j].rchild;//往右走
if（Node[j].rchild==-1）//到达叶子结点
{cout<fop<j=Num*2-1-1;//表示重新从根结点开始往下搜索
}
i++;
}
fop.close（）;
cout<<"\n译码成功!
且已存到文件"<\n\n";
}
6调试分析
在程序没有语法和逻辑错误的时候，进行运行的时候，一直不能够输出结果，经过认真的查找才发现，在程序中要求，建立的文本中的内容要以“#”结尾，而在现实建立的文本中的内容最后忘了以#结尾。
修改后程序能够正确的运行。
在程序调试成功后，建立一个命名为：
“a.txt”的文本，在文本中放入“yanglinsen#”一串字符作为测试数据，然后运行程序，经过运行测试程序能够输出结果，且正确的统计出字符的个数及权值：
字符：
yanglise
权值:
11311111
而且，能构成产生其相应的哈夫曼树，
然后，进行编码，在输入存储编码的文件名：
“a.cod”后，文件进行编码后为：
11101111100000010101001111010编码成功，而且已存到文件“a.cod”中！
经验证确实生成a.cod文件。
最后，进行译码，先输入要进行译码的文件名“a.cod”，然后再命名一个为“ase.txt”的文件来存储译码后的内容，经译码，原内容为：
yanglinsen译码成功，且已存到文件ase.txt中！
经验证确实生成ase.txt文件。
经过上个数据的测试，该程序能够正确地完成题目所要求的条件，但是，再输入一组数据：
while（ch!
='{or（i=Num;i<2*Num-1;i++）
t=0;ad{pos1=-1;if（ch==R[n].cha）{a
R[n]d.count++;t+f+;}gj
if（t==0）i++;R[i].cha=chR[i].count=1;
ch=fgetc（fp）klxc}
则在运行中出现错误，能够统计出其字符及权值，但不能进行编码和译码，经过思考发现在程序中，在定义输入能够编码的最大的字符数
#defineN10
而在上一组数据中，字符的个数超过了10，所以不能够进行操作，出现运行错误，把程序中的“N”的定义值改成100，再进行运行测试，则能够输出正确的结果。
7测试结果
测试数据
（1）
首先，建立一个文本，命名为“yang.txt”在文本中放入
Whereareyoucomefrom?
IcomefromChina!
Wemaytalkofbeautifulthings,
butbeautyitselfisabstract!
#
做为测试数据。
运行结果：
（1）字符个数及其权值：
（2）哈夫曼树的生成：
（3）将文本内容利用哈夫曼树进行编码，生成压缩文件（.cod）
（4）输入一个待解压文件名称，并利用相应的哈夫曼树将编码序列译码。
测试数据2：
建立一个文本“lin.txt”在这个文本里放入“河南工业大学#”作为测试数据。
运行结果：
（1）字符个数及其权值及哈夫曼树的生成：
（2）将文本内容利用哈夫曼树进行编码，生成压缩文件（.cod）及输入一个待解压文件名称，并利用相应的哈夫曼树将编码序列译码。
8参考文献
[1]严蔚敏，数据结构（c语言版），北京:
清华大学出版社,2002，144～148
[2]WilliamFordWilliamTopp，数据结构C++语言描述，北京:
清华大学出版社,1998.11,421～451
[3]谭浩强，C程序设计（第二版），清华大学出版社，1999.12
心得体会
1、经过这次课程设计实验，更好的掌握了数据结构中的哈夫曼树，并对哈夫曼树有了深一步的了解，认识到了哈夫曼编码和译码在现实生活中的巨大作用。
2、掌握了构建生成哈夫曼树，统计其结点和权值的函数和算法，也掌握了哈夫曼编码的函数voidEncoder（）和译码voidDecoder（），对哈夫曼编码/译码的算法也有了进一步的了解，也更熟悉了文件的操作。
3、通过这次实验认识到，对一些关键的算法理解分析透彻，这样在程序调试的时候可以剩不少时间。
4、在完成实验的过程中认识到认真仔细的重要性，在实验过程中，由于粗心大意，没有认真的读程序，出现了一些错误，浪费了不少的时间。
5、经过这次课程设计，对我的读，写程序的能力和发现问题和解决问题的能力都有一定的提高。
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