数据结构课程设计 哈夫曼编译码3.docx
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数据结构课程设计哈夫曼编译码3
数据结构课程设计
专业：
计算机科学与技术
姓名：
陈振辉
学号：
12224506
班级：
5班
课程设计三
哈夫曼编译码
简要：
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
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初始化（Initialization）。
编码（Encoding）译码（Decoding）、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。
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
其代码如下：
#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;//x是记录权值最小的节点的下标，y是记录第二个最小权值节点的下标
for（j=1;j<=a;++j）{
if（HT[j].parent==0）{
x=j;
break;
}
}
for（i=j+1;i<=a;++i）{
if（HT[i].weight{
x=i;
}
}
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）{//让p1指向下标最小的节点地址
*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）{
cout<<"输入有错"<return;
}
m=2*n-1;
HT=（hfmtree）malloc（（m+1）*sizeof（htnode））;//分配2n+1个空间存储树节点
for（i=1;i<=n;++i）//初始化n个叶子结点
{
printf（"请输入第%d字符和权值:
",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;//让最小p1,p2的双亲相同都为i
HT[i].lchild=p1;HT[i].rchild=p2;//让p1,p2分别为i的左右孩子
HT[i].weight=HT[p1].weight+HT[p2].weight;//把i的权值编为最小二权值相加
}
HC=（hfmcode）malloc（（n+1）*sizeof（char*））;//分配n+1个空间存储编码
cd=（char*）malloc（n*sizeof（char））;//分配n个空间分别存储左右孩子的0与1
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）//不是根节点左右分支分别赋值0,1
{
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]）;//把数组cd中的内容0,1赋值给HC，HC为编码
}
free（cd）;
}
voidInitiation（hfmtree&HT,hfmcode&HC,int&n）
{
ofstreamoutput_file;
cout<<"请输入字符个数：
";
cin>>n;
hfmcoding（HT,HC,n）;
cout<for（inti=1;i<=n;++i）
{
cout<"<}
output_file.open（"hfmTree.txt"）;//新建一个文件
if（!
output_file）{
cout<<"can'toenfile!
"<}
for（i=1;i<=n;i++）
{
output_file<<"（"<}
output_file.close（）;
cout<cout<<"哈夫曼树建完且放入hfmTree.txt文件中!
"<}
voidEncoding（hfmtree&HT,hfmcode&HC,intn）
{
charcode[100],str[100];
ofstreamoutput_file;
ifstreaminput_file;
printf（"请输入字符：
"）;
gets（str）;
output_file.open（"ToBeTran.txt"）;
if（!
output_file）
{
cout<<"can'toenfile!
"<}
output_file<output_file.close（）;
output_file.open（"CodeFile.txt"）;
if（!
output_file）{
cout<<"can'toenfile!
"<}
for（inti=0;ifor（intj=0;j<=n;++j）
{
if（HT[j].ch==str[i]）//判断输入的字符是否与编码的字符相同
{
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，打开文件
if（!
input_file）
{
cout<<"can'toenfile!
"<}
input_file>>code;//从CodeFile.txt中读入编码，并存进code数组中
cout<<"编码码值为：
"<input_file.close（）;
}
voidDecodeing（hfmtree&HT,hfmcode&HC,char*h,intn）
{charhl[100];
intk;
ifstreaminput_file;//文件输入输出流
ofstreamoutput_file;
input_file.open（"CodeFile.txt"）;//打开文件
if（!
input_file）{
cout<<"can'toenfile!
"<}
input_file>>h;//将文件里面的编码存进数组h[]
input_file.close（）;
output_file.open（"Textfile.txt"）;
if（!
output_file）
{
cout<<"can'toenfile!
"<}
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（inti=1;i<=n;i++）{
intl=k;
for（intj=0;jhl[j]=h[l];//把h[]中的编码按字符编码分别一个个存进数组h1[]中
}
hl[j]='\0';
if（strcmp（HC[i],hl）==0）//比较HC与h1中编码字符串的大小，假如相等
{
output_file<k=k+strlen（HC[i]）;//移到下一个字符
break;
}
}
}
output_file.close（）;
input_file.open（"Textfile.txt"）;
if（!
input_file）{
cout<<"can'toenfile!
"<}
input_file>>h;
cout<输出编码
input_file.close（）;
cout<<"译码完成，信息存入Textfile.txt文件中！
"<}
voidmain（）{
charh[100],choice;
intn;
hfmtreeHT;//里面存储字符与权值
hfmcodeHC;//里面存储编码，0与1
cout<cout<<"I.初始化"<<""<<"E.编码"<<""<<"D.译码"<<""<<"Q.停止"<while（true）//当choice的值不为q且不为Q时循环
{
cout<<"请选择I，E,D，Q，\n";
cin>>choice;
switch（choice）
{
case'I':
Initiation（HT,HC,n）;break;
case'E':
Encoding（HT,HC,n）;break;
case'D':
Decodeing（HT,HC,h,n）;break;
case'Q':
exit（0）;
default:
cout<<"您没有输入正确的步骤，请重新输入！
"<}
cout<}
}
总结：
经过这次课程设计，我重新又再学了一遍，让我更了解哈夫曼树的构建，其中在老师的验收中，老师又给我一些数据，让我重新构建一个权重和最小的哈夫曼树，在这次课程设计中，我学到了很多，懂得虚心请教同学，虚心接受他人意见，这样，使同学间友谊更深，同样，学习问题也解决了，知识也巩固了
。
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