数据结构课程设计报告哈夫曼编码译码器.docx

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数据结构课程设计报告哈夫曼编码译码器

哈弗曼编码译码器

专业班级：

XXXX

学号：

XXXX

姓名：

XXXX

指导教师：

XXXX

课程设计时间：

XXXX

计算机专业数据结构课程设计任务书

学生姓名

XXXX

专业班级

XXXX

学号

XXXX

题目

哈弗曼编码译码器

课题性质

工程设计

课题来源

XXXX

指导教师

XXXX

同组姓名

XXXX

主要内容

设计一个哈弗曼编码译码器，实现哈夫曼树的建立，树形输出，编码和解码。

任务要求

1．研究哈弗曼树的数据存储方式

2．实现哈弗曼编码译码器的主要算法

3．分析算法的运行效率

4．具有良好的运行界面

5．算法具有良好的健壮性

6．按要求撰写课程设计报告和设计总结。

参考文献

1．《数据结构（C语言版）》，严蔚敏、吴伟民，清华大学出版社，1997.

审查意见

指导教师签字：

教研室主任签字：

年月日

1需求分析

设计一个哈弗曼编码译码器，实现哈夫曼树的建立，树形输出，编码和解码。

2概要设计

3运行环境（软、硬件环境）

1）硬件：

PC机

2）操作系统：

Windows2000/XP/2003

3）编译环境：

VisualC++6.0

4开发工具和编程语言

开发工具：

VISCALLc++6.0；

编程语言：

C语言。

5详细设计

#include

#include

#include

typedefstruct//结点的结构

{

unsignedintweight;//结点的权值

unsignedintparent,lchild,rchild;

}HTNode,*HuffmanTree;//动态分配数组存储哈夫曼树

typedefchar**HuffmanCode;//动态分配数组存储哈夫曼编码

HuffmanTreeHT;

HuffmanCodeHC;

intn=8;

constcharmenu[]=

"|1建立哈夫曼树|\n"

"|2查看哈夫曼编码|\n"

"|3树形输出哈夫曼树|\n"

"|4哈夫曼文件编码|\n"

"|5哈夫曼文件解码|\n"

"|6帮助|\n"

"|7退出系统|\n";

constcharhelpsabout[]=

"|主要功能:

|\n"

"|利用哈夫曼编码进行通信可以大大提高信道的利用率，缩短信息的传输时间，降低|\n"

"|传输成本。

但是，这要求在发送端通过一个编码系统对待传输的数据预先编码，在接收|\n"

"|端将传来的数据进行译码（复原）。

对于双工信道，每端都要有一个完整的编/译码系|\n"

"|统。

本系统即是为这样的信息收发站写一个哈夫曼码的编/译系统。

|\n"

"||\n"

"||\n";

voidHuffmantree（）;

voidHuffmancode（）;

voidpreorder（）;

voidstringcopy（）;

intmin（）;

voidselect（）;

voiddecode（）;

voidencode（）;

voidint_huffmantree（）;

voidprint_end（）;

voidprint_title（）;

voidprint_menu（）;

voidprint_helpabout（）;

voidprint_huffmancode（）;

voidprint_tree（）;

//------------------先序遍历----------------------------------------------------

voidpreorder（introot,intdepth）

{

inti;

for（i=1;i<=depth;i++）

printf（""）;

if（depth!

=0）

printf（"└"）;

else

printf（""）;

printf（"%d",HT[root].weight,depth）;

if（root<=n）

printf（":

%s\n",HC[root]）;//依次输出哈夫曼编码

else

printf（"\n"）;

if（HT[root].lchild!

=0）

{depth++;preorder（HT[root].lchild,depth）;}

if（HT[root].rchild!

=0）

{preorder（HT[root].rchild,depth）;}

}

//--------------字符串拷贝函数----------------------------------------------------

voidstringcopy（char*strDest,char*strSrc）

{

char*strDestCopy=strDest;

if（!

（strDest&&strSrc））

printf（"ERROR!

"）;

while（（*strDest++=*strSrc++）!

='\0'）;

}

//--------返回哈夫曼树t的前i个结点中权值最小的树的根结点序号，函数select（）调用------------

intmin（HuffmanTreet,inti）

{

intj,m;

unsignedintk=0xffffffff;//k存最小权值，初值取为不小于可能的值

for（j=1;j<=i;j++）//对于前i个结点

if（t[j].weight

{k=t[j].weight;//t[j]的权值赋给k

m=j;//序号赋给m

}

t[m].parent=1;//给选中的根结点的双亲赋非零值，避免第2次查找该结点

returnm;//返回权值最小的根结点的序号

}

//----在哈夫曼树t的前i个结点中选择2个权值最小的树的根结点序号，s1为其中序号（权值）较小的----

voidselect（HuffmanTreet,inti,int&s1,int&s2）

{

intj;

s1=min（t,i）;//权值最小的根结点序号

s2=min（t,i）;//权值第2小的根结点序号

if（s1>s2）//s1的序号大于s2的

{//交换

j=s1;

s1=s2;//s1是权值最小的2个中序号较小的

s2=j;//s2是权值最小的2个中序号较小的

}

}

//-------w存放n个字符的权值（均>0），构造哈夫曼树HT----------------------------------------

voidHuffmantree（int*w）

{

intm,i,s1,s2;

HuffmanTreep;

if（n<=1）//叶子结点数不大于n

return;

m=2*n-1;//n个叶子结点的哈夫曼树共有m个结点

HT=（HuffmanTree）malloc（（m+1）*sizeof（HTNode））;//0号单元未用

for（p=HT+1,i=1;i<=n;++i,++p,++w）//从1号单元开始到n号单元，给叶子结点赋值

{//p的初值指向1号单元

（*p）.weight=*w;//赋权值

（*p）.parent=0;//双亲域为空（是根结点）

（*p）.lchild=0;//左右孩子为空（是叶子结点，即单结点树）

（*p）.rchild=0;

}

for（;i<=m;++i,++p）//i从n+1到m

（*p）.parent=0;//其余结点的双亲域初值为0

for（i=n+1;i<=m;++i）//建哈夫曼树

{//在HT[1～i-1]中选择parent为0且weight最小的两个结点，其序号分别为s1和s2

select（HT,i-1,s1,s2）;

HT[s1].parent=HT[s2].parent=i;//i号单元是s1和s2的双亲

HT[i].lchild=s1;//i号单元的左右孩子分别是s1和s2

HT[i].rchild=s2;

HT[i].weight=HT[s1].weight+HT[s2].weight;//i号单元的权值是s1和s2的权值之和

}

}

//-------并求出n个字符的哈夫曼编码HC--------------------------------------------------

voidHuffmancode（）

{

intstart;

unsignedintf;

inti;

unsignedintc;

char*cd;

HC=（HuffmanCode）malloc（（n+1）*sizeof（char*））;//分配n个字符编码的头指针

cd=（char*）malloc（n*sizeof（char））;//分配求编码的字符数组

cd[n-1]='\0';

for（i=1;i<=n;i++）//逐个字符求哈夫曼编码

{

start=n-1;//编码结束符位置

for（c=i,f=HT[i].parent;f!

=0;c=f,f=HT[f].parent）//从叶子到根逆向求编码

if（HT[f].lchild==c）//c是其双亲的左孩子

cd[--start]='0';//由叶子向根赋值'0'

else//c是其双亲的右孩子

cd[--start]='1';//由叶子向根赋值'1'

HC[i]=（char*）malloc（（n-start）*sizeof（char））;//为第i个字符编码分配空间

stringcopy（HC[i],&cd[start]）;//从cd复制编码串到HC矩阵

}

free（cd）;//释放工作空间

}

//---------------------译码-----------------------------------------------------

voidencode（）

{

FILE*fp1=NULL,*fp2=NULL;

charinput[20]="input.txt",output[20]="output.txt";

printf（"请输入输入文件名（input.txt）：

"）;

scanf（"%s",input）;

if（（fp1=fopen（input,"r"））==NULL）

{

printf（"无此文件！

"）;

getchar（）;

getchar（）;

return;

}

printf（"请输入输出文件名（output.txt）：

"）;

scanf（"%s",output）;

if（（fp2=fopen（output,"w"））==NULL）

{

printf（"不能创建文件！

"）;

getchar（）;

getchar（）;

return;

}

inti,k;

unsignedint*w,p,m=0,j;

for（k=0;!

feof（fp1）;k++）

{

if（fgetc（fp1）==''）

m++;

}

printf（"哈夫曼编码为:

"）;

fp1=fopen（input,"r"）;

w=（unsignedint*）malloc（m*sizeof（unsignedint））;//动态生成存放m个权值的空间

for（j=0;j<=m-1;j++）

{

fscanf（fp1,"%d",w+j）;//依次输入原码

}

for（p=0;p

{

for（i=0;i

if（*（w+p）==HT[i+1].weight）

{

fprintf（fp2,"%s",HC[i+1]）;

printf（"%s",HC[i+1]）;

}

}

fclose（fp1）;

fclose（fp2）;

printf（"\n输出完成.按任意键继续...."）;

getchar（）;

getchar（）;

}

//-------------------------解码-------------------------------------------------

voiddecode（）

{

FILE*fp1=NULL,*fp2=NULL;

charinput[20],output[20];

char*code;

code=（char*）malloc（n*sizeof（char））;

printf（"请输入输入文件名（input.txt）：

"）;

scanf（"%s",input）;

if（（fp1=fopen（input,"r"））==NULL）

{

printf（"无此文件！

"）;

getchar（）;

getchar（）;

return;

}

printf（"请输入输出文件名（output.txt）：

"）;

scanf（"%s",output）;

if（（fp2=fopen（output,"w"））==NULL）

{

printf（"不能创建文件！

"）;

getchar（）;

getchar（）;

return;

}

inti,j;

printf（"哈夫曼译码为:

"）;

for（i=0;!

feof（fp1）;i++）

{

*（code+i）=fgetc（fp1）;

*（code+i+1）='\0';

for（j=0;j

if（strcmp（code,HC[j+1]）==0）

{

fprintf（fp2,"%d",HT[j+1].weight）;

printf（"%d",HT[j+1].weight）;

i=-1;

break;

}

}

fclose（fp1）;

fclose（fp2）;

printf（"\n输出完成.按任意键继续...."）;

getchar（）;

getchar（）;

}

//---------------------初始化哈夫曼树------------------------------------------

voidint_huffmantree（）

{

system（"cls"）;

print_title（）;

int*w,i;

printf（"请输入权值的个数（>1）：

"）;

scanf（"%d",&n）;

w=（int*）malloc（n*sizeof（int））;//动态生成存放n个权值的空间

printf（"请依次输入%d个权值（整型）：

\n",n）;

for（i=0;i

{

scanf（"%d",w+i）;

}

Huffmantree（w）;//根据w所存的n个权值构造哈夫曼树HT，

Huffmancode（）;//n个哈夫曼编码存于HC

print_end（）;

printf（"哈夫曼编码为：

\n"）;

for（i=1;i<=n;i++）

printf（"%5d:

%s\n",*（w+i-1）,HC[i]）;

print_end（）;

printf（"按任意键返回..."）;

getchar（）;

getchar（）;

}

//-----------------哈夫曼编码菜单----------------------------------

voidprint_huffmancode（）

{

inti;

system（"cls"）;

print_title（）;

printf（"哈夫曼编码为：

\n"）;

for（i=1;i<=n;i++）

printf（"%5d:

%s\n",HT[i].weight,HC[i]）;

print_end（）;

printf（"按任意键返回..."）;

getchar（）;

getchar（）;

}

//--------------帮助菜单-------------------------------------------

voidprint_helpabout（）

{

system（"cls"）;

print_title（）;

printf（helpsabout）;

print_end（）;

printf（"按任意键返回..."）;

getchar（）;

getchar（）;

}

//----------------树形输出菜单--------------------------------------

voidprint_tree（）

{

system（"cls"）;

print_title（）;

printf（"哈夫曼树为：

\n"）;

preorder（2*n-1,0）;

print_end（）;

printf（"按任意键返回..."）;

getchar（）;

getchar（）;

}

//--------------------选择菜单输出-------------------------------------------------

voidprint_menu（）

{

while

（1）

{

intselected=0;

system（"cls"）;

print_title（）;

printf（menu）;

print_end（）;

printf（">请选择[1~7]"）;

scanf（"%d",&selected）;

if（selected<1||selected>7）

{

printf（"错误的选择！

（请输入1~7）.按任意键继续...."）;

getchar（）;

getchar（）;

}

switch（selected）{

case1:

int_huffmantree（）;

break;

case2:

print_huffmancode（）;

break;

case3:

print_tree（）;

break;

case4:

encode（）;

break;

case5:

decode（）;

break;

case6:

print_helpabout（）;

break;

case7:

exit（0）;

break;

}

}

}

voidprint_title（）

{

printf（"+=============================================================================+\n"）;

printf（"|哈夫曼编码译码器|\n"）;

printf（"|DesignedByOrganne|\n"）;

printf（"+=============================================================================+\n"）;

}

voidprint_end（）

{

printf（"+=============================================================================+\n"）;

}

voidmain（）

{

intw[8]={5,29,7,8,14,23,3,11};

Huffmantree（w）;//根据w所存的n个权值构造哈夫曼树HT，

Huffmancode（）;//n个哈夫曼编码存于HC

system（"color17"）;

print_title（）;

print_menu（）;

}

6调试分析

在调试过程中出现的一些问题：

1、输入语句中没有加取地址符号&

2、误把取地址运算符&当作逻辑与&&

3、误把赋值=当恒等==

4、条件语句（if）后误加分号

5、循环语句中改变了循环变量

6、作为输出结果的变量没有赋初值

7测试结果

8参考文献

1、严蔚敏《数据结构》（C语言版）清华大学出版社

2、徐晓凯编著《数据结构课程实验》，清华大学出版2002年第一版

3、张乃笑编著《数据结构与算法》电子工业出版社2004年10月

课程设计总结

通过这次课程设计，让我对一个程序的数据结构有更加全面更进一步的认识，根据不同的需求，采用不同的数据存储方式，不一定要用栈、二叉树等高级类型，又是用基本的一维数组，只要晕晕得当，也能达到相同的效果，甚至更佳，就如这次的课程设计，通过用for的多重循环，舍弃多余的循环，提高了程序的运行效率。

在编写这个程序的过程中，我们复习了之前学的基本语法，哈夫曼树最小路径的求取，哈夫曼编码以及译码的应用范围，程序结构算法等一系列的问题，它使我们对数据结构改变可看法。

在这次设计过程中，体会了学以致用，从中发现了学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。