赫夫曼树.docx
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赫夫曼树
数据结构课程设计
院、系：
学科专业：
姓名：
学号：
指导教师：
1课程设计的题目-
——赫夫曼编码/译码器
1.问题描述
利用赫夫曼编码进行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。
这要求在发送端通过一个编码系统对待传输数据预先编码，在接收端将传来的数据进行译码（复原）。
对于双工信道（即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编写一个赫夫曼码的编/译码系统。
2.基本要求
一个完整的系统应具有以下功能：
（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。
以下为选做：
（4）P：
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CodePrin中。
（5）T：
印赫夫曼树（Treeprinting）。
将已在内存中的赫夫曼树以直观的方式（比如树）显示在终端上，同时将此字符形式的赫夫曼树写入文件TreePrint中。
3.测试要求
（1）已知某系统在通信联络中只可能出现八种字符，其频率分别为0.05,0.29,0.07,0.08,0.14,0.23,0.03,0.11，试设计赫夫曼编码。
（2）用下表给出的字符集和频度的实际统计数据建立赫夫曼树，并实现以下报文的编码和译码：
“THISPROGRAMEISMYFAVORITE”。
字符
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
频度
186
64
13
22
32
103
21
15
47
57
1
5
32
20
字符
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z
频度
57
63
15
1
48
51
80
23
8
18
1
16
1
4.实现提示
（1）编码结果以文本方式存储在文件Codefile中。
（2）用户界面可以设计为“菜单”方式：
显示上述功能符号，再加上“Q”，表示退出运行Quit。
请用户键入一个选择功能符。
此功能执行完毕后再显示此菜单，直至某次用户选择了“Q”为止。
（3）在程序的一次执行过程中，第一次执行I，D或C命令之后，赫夫曼树已经在内存了，不必再读入。
每次执行中不一定执行I命令，因为文件hfmTree可能早已建好。
2课程设计的目的（设计要解决的问题）
数据结构作为一门学科主要研究数据的各种逻辑结构和存储结构，以及对数据的各种操作。
因此，主要有三个方面的内容：
数据的逻辑结构；数据的物理存储结构；对数据的操作（或算法）。
通常，算法的设计取决于数据的逻辑结构，算法的实现取决于数据的物理存储结构。
数据结构是信息的一种组织方式，其目的是为了提高算法的效率，它通常与一组算法的集合相对应，通过这组算法集合可以对数据结构中的数据进行某种操作。
在当今信息时代，信息技术己成为当代知识经济的核心技术。
我们时刻都在和数据打交道。
比如人们在外出工作时找最短路径，在银行查询存款、通过互联网查新闻、以及远程教育报名等，所有这些都在与数据发生关系。
实际上，现实世界中的实体经过抽象以后，就可以成为计算机上所处理的数据。
数据结构课程主要是研究非数值计算的程序设计问题中所出现的计算机操作对象以及它们之间的关系和操作的学科。
数据结构是介于数学、计算机软件和计算机硬件之间的一门计算机专业的核心课程，它是计算机程序设计、数据库、操作系统、编译原理及人工智能等的重要基础，广泛的应用于信息学、系统工程等各种领域。
学习数据结构是为了将实际问题中所涉及的对象在计算机中表示出来并对它们进行处理。
通过课程设计可以提高学生的思维能力，促进学生的综合应用能力和专业素质的提高。
通过此次课程设计主要达到以下目的：
了解并掌握数据结构与算法的设计方法，具备初步的独立分析和设计能力；
初步掌握软件开发过程的问题分析、系统设计、程序编码、测试等基本方法和技能；
提高综合运用所学的理论知识和方法独立分析和解决问题的能力；
训练用系统的观点和软件开发一般规范进行软件开发，培养软件工作者所应具备的科学的工作方法和作风。
3概要设计（函数划分、总体设计）
1）问题分析哈夫曼树的定义
1.哈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,*hfmtree;
2）所实现的功能函数如下
1、voidhfmcoding（hfmtree&HT,hfmcode&HC,intn）初始化哈夫曼树，处理InputHuffman（HuffmanHfm）函数得到的数据，按照哈夫曼规则建立2叉树。
此函数块调用了Select（）函数。
2、voidSelect（hfmtree&HT,inta,int*p1,int*p2）//Select函数，选出HT树到a为止，权值最小且parent为0的2个节点
2、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。
3、Encoding
编码功能：
对输入字符进行编码
4、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。
Print（）打印功能函数：
输出哈夫曼树，字符，权值，以及它对应的编码。
5.主函数的简要说明，主函数主要设计的是一个分支语句，让用户挑选所实现的功能。
使用链树存储，然后分别调用统计频数函数，排序函数，建立哈夫曼函数，编码函数，译码函数来实现功能。
4详细设计（流程图、程序）
程序说明
1）.哈夫曼编码/译码器源代码
#include
#include
#include
#include
#include
typedefstruct{//赫夫曼树的结构体
charch;
intweight;//权值
intparent,lchild,rchild;
}htnode,*hfmtree;
typedefchar**hfmcode;
voidSelect（hfmtree&HT,inta,int*p1,int*p2）//Select函数，选出HT树到a为止，权值最小且parent为0的2个节点
{
inti,j,x,y;
for（j=1;j<=a;++j）{
if（HT[j].parent==0）{
x=j;
break;
}
}
for（i=j+1;i<=a;++i）{
if（HT[i].weightx=i;//选出最小的节点
}
}
for（j=1;j<=a;++j）{
if（HT[j].parent==0&&x!
=j）
{
y=j;
break;
}
}
for（i=j+1;i<=a;++i）
{
if（HT[i].weight=i）
{
y=i;//选出次小的节点
}
}
if（x>y）{
*p1=y;
*p2=x;
}
else
{
*p1=x;
*p2=y;
}
}
voidhfmcoding（hfmtree&HT,hfmcode&HC,intn）//构建赫夫曼树HT，并求出n个字符的赫夫曼编码HC
{
inti,start,c,f,m,w;
intp1,p2;
char*cd,z;
if（n<=1）{
return;
}
m=2*n-1;
HT=（hfmtree）malloc（（m+1）*sizeof（htnode））;
for（i=1;i<=n;++i）//初始化n个叶子结点
{
printf（"请输入第%d字符信息和权值：
",i）;
scanf（"%c%d",&z,&w）;
while（getchar（）!
='\n'）
{
continue;
}
HT[i].ch=z;
HT[i].weight=w;
HT[i].parent=0;
HT[i].lchild=0;
HT[i].rchild=0;
}
for（;i<=m;++i）//初始化其余的结点
{
HT[i].ch='0';
HT[i].weight=0;
HT[i].parent=0;
HT[i].lchild=0;
HT[i].rchild=0;
}
for（i=n+1;i<=m;++i）//建立赫夫曼树
{
Select（HT,i-1,&p1,&p2）;
HT[p1].parent=i;HT[p2].parent=i;
HT[i].lchild=p1;HT[i].rchild=p2;
HT[i].weight=HT[p1].weight+HT[p2].weight;
}
HC=（hfmcode）malloc（（n+1）*sizeof（char*））;
cd=（char*）malloc（n*sizeof（char））;
cd[n-1]='\0';
for（i=1;i<=n;++i）//给n个字符编码
{
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';
}
else
{
cd[--start]='1';
}
}
HC[i]=（char*）malloc（（n-start）*sizeof（char））;
strcpy（HC[i],&cd[start]）;
}
free（cd）;
}
intmain（）{
charcode[100],h[100],hl[100];
intn,i,j,k,l;
ifstreaminput_file;//文件输入输出流
ofstreamoutput_file;
charchoice,str[100];
hfmtreeHT;
hfmcodeHC;
cout<<"\n";
cout<<""<<"计算机（3）班"<<""<<"Q07620307"<<""<<"XXX\n";
while（choice!
='Q'&&choice!
='q'）//当choice的值不为q且不为Q时循环
{
cout<<""<<"*************************赫夫曼编码/译码器*************************\n";
cout<<""<<"I.Init"<<""<<"E.Encoding"<<""<<"D.Decoding"<<""<<"Q.Exit\n";
cout<<"请输入您要操作的步骤：
";
cin>>choice;
if（choice=='I'||choice=='i'）//初始化赫夫曼树
{
cout<<"请输入字符个数：
";
cin>>n;
hfmcoding（HT,HC,n）;
for（i=1;i<=n;++i）
{
cout<"<}
output_file.open（"hfmTree.txt"）;
if（!
output_file）{
cout<<"can'toenfile!
"<return1;
}
for（i=1;i<=n;i++）
{
output_file<<"（"<}
output_file.close（）;
cout<<"赫夫曼树已经创建完毕，并且已经放入hfmTree.txt文件中!
"<}
elseif（choice=='E'||choice=='e'）//进行编码，并将字符放入ToBeTran.txt，码值放入CodeFile.txt中
{
printf（"请输入字符：
"）;
gets（str）;
output_file.open（"ToBeTran.txt"）;
if（!
output_file）
{
cout<<"can'toenfile!
"<return1;
}
output_file<output_file.close（）;
output_file.open（"CodeFile.txt"）;
if（!
output_file）{
cout<<"can'toenfile!
"<return1;
}
for（i=0;ifor（j=0;j<=n;++j）
{
if（HT[j].ch==str[i]）
{
output_file<break;
}
}
}
output_file.close（）;
cout<<"\n";
cout<<"编码完毕，并且已经存入CodeFile.txt文件！
\n";
input_file.open（"CodeFile.txt"）;//从CodeFile.txt中读入编码，输出在终端
if（!
input_file）
{
cout<<"can'toenfile!
"<return1;
}
input_file>>code;
cout<<"编码码值为：
"<input_file.close（）;
}
elseif（choice=='D'||choice=='d'）//读入CodeFile.txt中的编码进行译码，将译出来的字符放入Textfile.txt中
{
input_file.open（"CodeFile.txt"）;
if（!
input_file）{
cout<<"can'toenfile!
"<return1;
}
input_file>>h;
input_file.close（）;
output_file.open（"Textfile.txt"）;
if（!
output_file）
{
cout<<"can'toenfile!
"<return1;
}
k=0;
while（h[k]!
='\0'）//先用编码中的前几个和字符的编码相比较，然后往后移
{
for（i=1;i<=n;i++）{
l=k;
for（j=0;jhl[j]=h[l];
}
hl[j]='\0';
if（strcmp（HC[i],hl）==0）
{
output_file<k=k+strlen（HC[i]）;
break;
}
}
}
output_file.close（）;
input_file.open（"Textfile.txt"）;
if（!
input_file）{
cout<<"can'toenfile!
"<return1;
}
input_file>>h;
cout<input_file.close（）;
cout<<"译码结束，字符已经存入Textfile.txt文件中！
"<}
elseif（choice=='Q'||choice=='q'）//退出程序
{
exit（0）;
}
else//如果选了选项之外的就让用户重新选择
{
cout<<"您没有输入正确的步骤，请重新输入！
"<}
cout<}
return0;
}
5调试结果
编码
、译码
、退出
6课程设计总结
通过本次数据结构的课程设计，我学习了很多在上课没懂的知识，并对求哈夫曼树及哈夫曼编码/译码的算法有了更加深刻的了解，更巩固了课堂中学习有关于哈夫曼编码的知识，真正学会一种算法了。
当求解一个算法时,不是拿到问题就不加思索地做，而是首先要先对它有个大概的了解，接着再详细地分析每一步怎么做，无论自己以前是否有处理过相似的问题，只要按照以上的步骤，必定会顺利地做出来。
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