课程设计郝显文2.docx

1、课程设计郝显文2目 录内蒙古科技大学课程设计任务书 I第一节 需求分析 11.1 引 言 11.2 任务概述 11.3 数据描述 2第二章 设计概要 32.1 总体设计 32.2数据类型 4第三章 详细设计 63.1主函数 63.2存储表示 63.3赫夫曼树的算法 73.5赫夫曼译码的算法 103.6显示界面源程序 12第四章 测试及运行 144.1运行结果 144.2 测试分析 16第五章 总 结 175.1心得体会 175.2参考文献 17附录：程序代码 18内蒙古科技大学本科生课程设计论文 题 目：Huffman编码和译码 学生姓名：郝显文 学 号：1176807316 专 业：计算机科

2、学与技术 班 级：3 指导教师：丁雨2013年05月27日内蒙古科技大学课程设计任务书 课程名称数据结构课程设计设计题目Huffman编码和译码指导教师丁雨时间2013.5.202013.5.30一、教学要求1. 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2. 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3. 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4. 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二、设计资料及参数每个学生在教师提供的课程设计题目中任意选择一题，独立完成，题目选定后不可

3、更换。Huffman编码和译码根据给定的字符集和各字符的频率值，求出其中给定字符Huffman编码，并针对一段文本（定义在该字符集上）进行编码和译码，实现一个Huffman编码/译码系统。要求设计类（或类模板）来描述Huffman树及其操作，包含必要的构造函数和析构函数，以及其他能够完成如下功能的成员函数：v 求Huffman编码v 输入字符串，求出编码v 输入一段编码，实现译码 并设计主函数测试该类。三、设计要求及成果1. 分析课程设计题目的要求2. 写出详细设计说明3. 编写程序代码，调试程序使其能正确运行4. 设计完成的软件要便于操作和使用5. 设计完成后提交课程设计报告四、进度安排资料

4、查阅与讨论（1天）系统分析（2天）系统的开发与测试（5天）编写课程设计说明书和验收（2天）五、评分标准1. 根据平时上机考勤、表现和进度，教师将每天点名和检查2. 根据课程设计完成情况，必须有可运行的软件。3. 根据课程设计报告的质量，如有雷同，则所有雷同的所有人均判为不及格。4. 根据答辩的情况，应能够以清晰的思路和准确、简练的语言叙述自己的设计和回答教师的提问六、建议参考资料1数据结构 （C语言版）严蔚敏、吴伟民 主编 清华大学出版社 2004.112数据结构课程设计案例精编（用C/C+描述），李建学 等 编著，清华大学出版社 2007.23.数据结构:用面向对象方法与C+语言描述，殷人昆

5、 主编，清华大学出版社 2007第一节 需求分析1.1 引 言在当今信息爆炸时代，如何采用有效的数据压缩技术节省数据文件的存储空间和计算机网络的传送时间已越来越引起人们的重视，赫夫曼编码正是一种应用广泛且非常有效的数据压缩技术。Huffman编码是一种编码方式，以Huffman树即最优二叉树，带权路径长度最小的二叉树，经常应用于数据压缩。哈弗曼编码使用一张特殊的编码表将源字符（例如某文件中的一个符号）进行编码。这张编码表的特殊之处在于，它是根据每一个源字符出现的估算概率而建立起来的（出现概率高的字符使用较短的编码，反之出现概率低的则使用较长的编码，这便使编码之后的字符串的平均期望长度降低，从而

6、达到无损压缩数据的目的）。赫夫曼编码的应用很广泛，利用赫夫曼树求得的用于通信的二进制编码称为赫夫曼编码。树中从根到每个叶子都有一条路径，对路径上的各分支约定：指向左子树的分支表示“0”码，指向右子树的分支表示“1”码，取每条路径上的“0”或“1”的序列作为和各个叶子对应的字符的编码，这就是Huffman编码。Huffman译码输入字符串可以把它编译成二进制代码，输入二进制代码时可以编译成字符串。1.2 任务概述 Huffman编码和译码： 根据给定的字符集和各字符的频率值，求出其中给定字符Huffman编码，并针对一段文（定义在该字符集上）进行编码和译码，实现一个Huffman编码/译码系统。

7、要求设计类（或类模板）来描述Huffman树及其操作，包含必要的构造函数和析构函数，以及其他能够完成如下功能的成员函数：求Huffman编码。输入字符串，求出编码。输入一段编码，实现译码。并设计主函数测试该类。1.3 数据描述给定的字符频率表字符ABCDEFGHIJKLM频度18664132232103211547571232字符NOPQRSTUVWXYZ频度20576315148518023818116表1.1 测试的字符测试的编码：haoxianwen 测试的译码：10110101111000第二章 设计概要2.1 总体设计赫夫曼树的建立 赫夫曼树的建立由赫夫曼算法的定义可知，初始森林中共

8、有n棵只含有根结点的二叉树。算法的第二步是：将当前森林中的两棵根结点权值最小的二叉树，合并成一棵新的二叉树；每合并一次，森林中就减少一棵树，产生一个新结点。显然要进行n1次合并，所以共产生n1个新结点，它们都是具有两个孩子的分支结点。由此可知，最终求得的赫夫曼树中一共有2n1个结点，其中n个结点是初始森林的n个孤立结点。并且赫夫曼树中没有度数为1的分支结点。我们可以利用一个大小为2n-1的一维数组来存储赫夫曼树中的结点。 赫夫曼编码 要求电文的赫夫曼编码，必须先定义赫夫曼编码类型，根据设计要求和实际需要定义的类型如下： typedet struct char ch; / 存放编码的字符 cha

9、r bitsN1; / 存放编码位串 int len; / 编码的长度 CodeNode; / 编码结构体类型 代码文件的译码 译码的基本思想是：读文件中编码，并与原先生成的赫夫曼编码表比较，遇到相等时，即取出其对应的字符存入一个新串中。2.2数据类型主要的数据结构：#define N 50 / 叶子结点数 #define M 2*N-1 / 赫夫曼树中结点总数 typedef struct int weight; / 叶子结点的权值 int lchild, rchild, parent; / 左右孩子及双亲指针 HTNode; / 动态分配数组存储赫夫曼树typedef HTNode Huf

10、fmanTreeM+1;主要流程图 图2.1第三章 详细设计3.1主函数void main() int n=26,i; char orz,back,flag=1; char str=A,B,C,D,E,F,G,H,I,J,K,L,M,N,O,P,Q,R,S,T,U,V,W,X,Y,Z; /初始化 int fnum=186,64,13,22,32,103,21,15,47,57,1,2,32,20,57,63,15,1,48,51,80,23,8,18,1,16; /初始化 HTNode htM; /建立结构体 HCode hcdN; /建立结构体 for (i=0;in;i+) /把初始化的数

11、据存入ht结构体中 hti.data=stri; hti.weight=fnumi; while (flag) /菜单函数，当flag为0时跳出循环3.2存储表示typedef struct int weight; / 叶子结点的权值 int lchild, rchild, parent; / 左右孩子及双亲指针 HTNode; / 树中结点类型 typedef HTNode HuffmanTreeM+1; 3.3赫夫曼树的算法void CreateHT(HTNode ht,int n) /调用输入的数组ht,和节点数n int i,k,lnode,rnode; int min1,min2;

12、for (i=0;i2*n-1;i+) hti.parent=hti.lchild=hti.rchild=-1; /所有结点的相关域置初值-1 for (i=n;i2*n-1;i+) /构造哈夫曼树 min1=min2=32767; /int的范围是-3276832767 lnode=rnode=-1; /lnode和rnode记录最小权值的两个结点位置 for (k=0;k=i-1;k+) if (htk.parent=-1) /只在尚未构造二叉树的结点中查找 if (htk.weightmin1) /若权值小于最小的左节点的权值 min2=min1;rnode=lnode; min1=ht

13、k.weight;lnode=k; else if (htk.weightmin2) min2=htk.weight;rnode=k; htlnode.parent=i;htrnode.parent=i; /两个最小节点的父节点是i hti.weight=htlnode.weight+htrnode.weight; /两个最小节点的父节点权值为两个最小节点权值之和 hti.lchild=lnode;hti.rchild=rnode; /父节点的左节点和右节点 3.4赫夫曼编码的算法void CreateHCode(HTNode ht,HCode hcd,int n) int i,f,c; HC

14、ode hc; for (i=0;in;i+) /根据哈夫曼树求哈夫曼编码 hc.start=n;c=i; f=hti.parent; while (f!=-1) /循序直到树根结点结束循环 if (htf.lchild=c) /处理左孩子结点 hc.cdhc.start-=0; else /处理右孩子结点 hc.cdhc.start-=1; c=f;f=htf.parent; hc.start+; /start指向哈夫曼编码hc.cd中最开始字符 hcdi=hc; void DispHCode(HTNode ht,HCode hcd,int n) /输出哈夫曼编码的列表 int i,k; p

15、rintf( 输出哈夫曼编码:n); for (i=0;in;i+) /输出data中的所有数据，即A-Z printf( %c:t,hti.data); for (k=hcdi.start;k=n;k+) /输出所有data中数据的编码 printf(%c,hcdi.cdk); printf(n); void editHCode(HTNode ht,HCode hcd,int n) /编码函数 char stringMAXSIZE; int i,j,k; scanf(%s,string); /把要进行编码的字符串存入string数组中 printf(n输出编码结果:n); for (i=0;

16、stringi!=#;i+) /#为终止标志 for (j=0;jn;j+) if(stringi=htj.data) /循环查找与输入字符相同的编号，相同的就输出这个字符的编码 for (k=hcdj.start;k=n;k+) printf(%c,hcdj.cdk); break; /输出完成后跳出当前for循环 3.5赫夫曼译码的算法void deHCode(HTNode ht,HCode hcd,int n) /译码函数 char codeMAXSIZE; int i,j,l,k,m,x; scanf(%s,code); /把要进行译码的字符串存入code数组中 while(code0

17、!=#) for (i=0;in;i+) m=0; /m为想同编码个数的计数器 for (k=hcdi.start,j=0;k=n;k+,j+) /j为记录所存储这个字符的编码个数 if(codej=hcdi.cdk) /当有相同编码时m值加1 m+; if(m=j) /当输入的字符串与所存储的编码字符串个数相等时则输出这个的data数据 printf(%c,hti.data); for(x=0;codex-1!=#;x+) /把已经使用过的code数组里的字符串删除 codex=codex+j; 3.6显示界面源程序 printf(n); printf( *); printf(n * 1-显

18、示编码 *); printf(n * 2-进行编码 *); printf(n * 3-进行译码 *); printf(n * 4-退出 *n); printf( * *); printf(n); printf( 请输入选择的编号:); scanf(%c,&orz); switch(orz) case a: case A: system(cls); /清屏函数 CreateHT(ht,n); CreateHCode(ht,hcd,n); DispHCode(ht,hcd,n); printf(n按任意键返回.); getch(); system(cls); break; case b: case

19、 B: system(cls); printf(请输入要进行编码的字符串(以#结束):n); editHCode(ht,hcd,n); printf(n按任意键返回.); getch(); system(cls); break; case c: case C: system(cls); DispHCode(ht,hcd,n); printf(请输入编码(以#结束):n); deHCode(ht,hcd,n); printf(n按任意键返回.); getch(); system(cls); break; case d: case D: flag=0; break; default: system

20、(cls); 第四章 测试及运行4.1运行结果主界面图4.1Huffman编码图4.2编码界面图4.3译码界面图4.44.2 测试分析整个程序代码是分块书写的，在建立Huffman树函数时花费时间较多，其余的部分比较顺利。虽然其他函数在调试过程中或多或少都出现了问题，但都是一些细节问题经过细心的检查就都改正了。第五章 总 结 5.1心得体会通过这次课程设计，让我对一个程序的数据结构有更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，有时用基本的一维数组，只要运用得当，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

21、循环，提高了程序的运行效率。在编写这个程序的过程中，我复习了之前学的基本语法，哈弗曼树最小路径的求取，哈弗曼编码及译码的应用范围，程序结构算法等一系列的问题它使我对数据结构改变了看法。在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，也从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。5.2参考文献数据结构 （C语言版）严蔚敏、吴伟民 主编 清华大学出版社 2004.11数据结构课程设计案例精编（用C/C+描述），李建学等编著，清华大学出版社2007.2数据结构:用面向对象方法与C+语言描述，殷人昆 主编，清华大学出版社 200

22、7附录：程序代码 #include #include /要用system函数要调用的头文件#include /用getch()要调用的头文件#include #define N 50 /义用N表示50叶节点数#define M 2*N-1 /用M表示节点总数 当叶节点数位n时总节点数为2n-1#define MAXSIZE 100typedef struct char data; /结点值 int weight; /权值 int parent; /双亲结点 int lchild; /左孩子结点 int rchild; /右孩子结点HTNode; typedef struct char cdN;

23、 /存放哈夫曼码 int start; /从start开始读cd中的哈夫曼码HCode;void CreateHT(HTNode ht,int n) /调用输入的数组ht,和节点数n int i,k,lnode,rnode; int min1,min2; for (i=0;i2*n-1;i+) hti.parent=hti.lchild=hti.rchild=-1; /所有结点的相关域置初值-1 for (i=n;i2*n-1;i+) /构造哈夫曼树 min1=min2=32767; /int的范围是-3276832767 lnode=rnode=-1; /lnode和rnode记录最小权值的

24、两个结点位置 for (k=0;k=i-1;k+) if (htk.parent=-1) /只在尚未构造二叉树的结点中查找 if (htk.weightmin1) /若权值小于最小的左节点的权值 min2=min1;rnode=lnode; min1=htk.weight;lnode=k; else if (htk.weightmin2) min2=htk.weight;rnode=k; htlnode.parent=i;htrnode.parent=i; /两个最小节点的父节点是i hti.weight=htlnode.weight+htrnode.weight; /两个最小节点的父节点权值

25、为两个最小节点权值之和 hti.lchild=lnode;hti.rchild=rnode; /父节点的左节点和右节点 void CreateHCode(HTNode ht,HCode hcd,int n) int i,f,c; HCode hc; for (i=0;in;i+) /根据哈夫曼树求哈夫曼编码 hc.start=n;c=i; f=hti.parent; while (f!=-1) /循序直到树根结点结束循环 if (htf.lchild=c) /处理左孩子结点 hc.cdhc.start-=0; else /处理右孩子结点 hc.cdhc.start-=1; c=f;f=htf.

26、parent; hc.start+; /start指向哈夫曼编码hc.cd中最开始字符 hcdi=hc; void DispHCode(HTNode ht,HCode hcd,int n) /输出哈夫曼编码的列表 int i,k; printf( 输出哈夫曼编码:n); for (i=0;in;i+) /输出data中的所有数据，即A-Z printf( %c:t,hti.data); for (k=hcdi.start;k=n;k+) /输出所有data中数据的编码 printf(%c,hcdi.cdk); printf(n); void editHCode(HTNode ht,HCode hcd,int n) /编码函数 char stringMAXSIZE; int i,j,k; scanf(%s,string); /把要进行编码的字符串存入string数组中 printf(n输出编码结果:n); for (i=0;stringi!=