哈夫曼树的应用Word格式文档下载.docx

1、2、本演示程序中，用户可以输入键盘中的任意字符，长度为任意长，字符输入顺序不限，且允许出现重码 3、演示程序以用户与计算机的对话方式执行，即在计算机终端上显示“提示信息”之后，由用户在键盘上输入演示程序中规定的运算命令，相应的输入数据（可虑去输入中的非法字符）和运算结果显示在其后。4、本演示程序中，当用户选择的功能错误时，系统会输出相应的提示。5、在本系统中，用户可以对任意长的字符串可进行编码/译码。6、程序执行的命令包括：1） 初始化（I）2） 编码（E）3） 译码（D） 4） 印代码文件（P）5） 印哈夫曼树（T）6） 退出（Q） 7、测试数据：（二）、概要设计 为实现上述程序功能，应以指

2、针存储结点。为此，需要定义一个抽象数据类型。1. 抽象数据类型定义为：ADT HuffmanTree 数据对象：D=ai| aiCharSet,i=1,2,n, n0 数据关系：R= ai-1, aiD, ai-1基本操作P：HuffmanTree（）; 构造函数 HuffmanTree（）; 析构函数 Initialization（int WeightNum）;操作结果：构造哈夫曼树。Encoder（） 初始条件：哈夫曼树已存在或者哈夫曼树已存到文件中。对字符串进行编码 Decoder（）;哈夫曼树已存在且已编码。对二进制串进行译码 Print（） 编码文件已存在。把已保存好的编码文件显示在

3、屏幕 TreePrinting（） 哈夫曼树已存在。将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式显示在终端上 2.本程序包含三个模块：1）主程序模块：void main（） 初始化；do 接受命令； 处理命令；while（“命令”=”退出”） 2）、建树模块实现定义的抽象数据类型 3）、编/译码模块实现字符串的编/译码 各模块之间的调用关系如下： 主程序模块 建树模块 编/译码模块程序代码如下 / 程序名：HuffmanTree.h / 程序功能：哈夫曼树类的头文件（并用其来实现编/译码） / 作者：蔡丽敏 / 日期：2008.12.27 / 版本：1.0 /对应类实现文件: HuffmanTree.c

4、pp /对应主程序文件: main.cpp 1/ 程序名：HuffmanTree.h 2/ 程序功能：哈夫曼树类的头文件（并用其来实现编/译码） 3 4/对应类实现文件: HuffmanTree.cpp 5/对应主程序文件: main.cpp 6 7 8 9#include10#include11#include12using namespace std;13struct HuffmanNode /定义哈夫曼树各结点1415 int weight; /存放结点的权值，假设只考虑处理权值为整数的情况16 int parent; /记录结点父亲位置，-1表示为根结点，否则表示为非根结点17 int

5、 lchild,rchild; /分别存放该结点的左、右孩子的所在单元的编号18;19class HuffmanTree /建立哈夫曼树类2021private:22 HuffmanNode *Node; /哈夫曼树中结点的存储结构23 char *Info; /用来保存各字符信息24 int LeafNum; /树中的叶子结点总数25public:26 HuffmanTree（）; /构造函数27 HuffmanTree（）; /析构函数28 void Initialization（int WeightNum）; /初始化函数：根据WeightNum个权值建立一棵哈夫曼树29 void En

6、coder（）; /编码函数：利用构造好的哈夫曼树对字符进行编码30 void Decoder（）; /译码函数：对二进制串进行译码31 void Print（）; /印文件函数：把已保存好的编码文件显示在屏幕32 void TreePrinting（）; /印哈夫曼树函数：将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式显示在终端上33;HuffmanTree.cpp 实现哈夫曼树类的源文件（并用其来实现编/译码） 蔡丽敏1#includeHuffmanTree.h 2#include 3 using namespace std; 4 5/*/ 6/ 构造函数 7/ 函数功能：将结点指针初始化为NULL

7、8/ 函数参数：无 9/ 参数返回值： 10HuffmanTree:HuffmanTree（） 11 12 Node=NULL; /将树结点初始化为空 13 Info=NULL; /将字符数组初始化为空 14 LeafNum=0; /将叶子数初始化为0 15 16/*/ 17/ 析构函数 18/ 函数功能：将所有结点的空间释放 19/ 函数参数： 20/ 参数返回值： 21HuffmanTree:HuffmanTree（） 22 23 delete Node; /释放结点空间 24 delete Info; /释放字符存储空间 25 26/*/ 27/ 初始化函数 28/ 函数功能：从终端读入

8、字符集大小n，以及n个字符和n个权值, 29/ 建立哈夫曼树,并将它存放在文件hfmTree中. 30/ 函数参数：int WeightNum表示代码个数 31/ 参数返回值：无 32void HuffmanTree:Initialization（int WeightNum） /初始化 33 34 int i,j,pos1,pos2,max1,max2; / 35 36 Node=new HuffmanNode2*WeightNum-1; /WeightNum权值对应的哈夫曼树中的结点总数为2*WeightNum-1个 37 /Info=new char2*WeightNum-1; 38 In

9、fo=new charWeightNum; 39 for（i=0;iWeightNum;i+） 40 41 cout请输入第i+1Infoi; 45 getchar（）; 46 coutNodei.weight; /输入权值 48 Nodei.parent=-1; /为根结点 49 Nodei.lchild=-1; /无左孩子 50 Nodei.rchild=-1; /无右孩子 51 52 53 for（i=WeightNum;2*WeightNum-1;i+） /表示需做WeightNum-1次合并 54 55 pos1=-1; 56 pos2=-1; /分别用来存放当前最小值和次小值的所在

10、单元编号 57 max1=32767; /32767为整型数的最大值 58 max2=32767; /分别用来存放当前找到的最小值和次小值 59 60 for（j=0;ji;j+） /在跟节点中选出权值最小的两个 61 if（Nodej.parent=-1） /是否为根结点 62 if（Nodej.weightmax1） /是否比最小值要小 63 64 max2=max1; /原最小值变为次小值 65 max1=Nodej.weight; /存放最小值 66 pos2=pos1; /修改次小值所在单元编号 67 pos1=j; /修改最小值所在单元编号 68 69 else 70 if（Nod

11、ej.weightmax2） /比原最小值大但比原次小值要小 71 72 max2=Nodej.weight; /存放次小值 73 pos2=j; /修改次小值所在的单元编号 74 75 /for 76 Nodepos1.parent=i; /修改父亲位置 77 Nodepos2.parent=i; 78 Nodei.lchild=pos1; /修改儿子位置 79 Nodei.rchild=pos2; 80 Nodei.parent=-1; /表示新结点应该是根结点 81 Nodei.weight=Nodepos1.weight+Nodepos2.weight; 82 /for 83 Leaf

12、Num=WeightNum; 84 85 86 char ch; 87 coutch; 89 if（ch=y|ch=Y） 90 91 ofstream fop; /以二进制方式打开hfmTree.dat文件，并当重新运行时覆盖原文件 92 fop.open（hfmTree.dat,ios:out|ios:binary|ios:trunc）; 93 if（fop.fail（） /文件打开失败 94 cout文件打开失败！n 95 fop.write（char*）&WeightNum,sizeof（WeightNum）; /写入WeightNum 96 for（i=0;i+） /把各字符信息写入文

13、件 97 98 fop.write（char*）&Infoi,sizeof（Infoi）; 99 flush（cout）;100 101 for（i=0;i+） /把个节点内容写入文件102 103 fop.write（char*）&Nodei,sizeof（Nodei）;104 flush（cout）;105 106 fop.close（）; /关闭文件107 108 cout哈夫曼树已构造完成。109/Initialization110111/*/112/ 编码函数113/ 函数功能：利用已建立好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件hfmTree中读入），114/ 对文件ToBeTran中的正

14、文进行编码,然后将结果代码存（传输）到文件CodeFile中.115/ 函数参数：116/ 参数返回值：117void HuffmanTree:Encoder（）118119 if（Node=NULL） /哈夫曼树不在内存，从文件hfmTree中读入120 121 ifstream fip; /以二进制方式打开hfmTree.dat文件122 fip.open（in）;123 if（fip.fail（） /文件打开失败124 125 cout126 return; /结束本函数127 128 fip.read（char*）&LeafNum,sizeof（LeafNum）; /读取叶子数129

15、Info=new charLeafNum;130 Node=new HuffmanNode2*LeafNum-1;131 for（int i=0;LeafNum;i+） /读取字符信息132 fip.read（char*）&133 for（i=0;2*LeafNum-1;i+） /读取结点信息134 fip.read（char*）&135 136 137 char *Tree; /用于存储需编码内容138 int i=0,num;139 char Choose; /让用户选择读取文件或重新输入需编码内容140 coutChoose;142 if（Choose=1） /读取文件ToBeTran.

16、txt143 144 ifstream fip1（ToBeTran.txt）;145 if（fip1.fail（） /文件不存在146 147 cout文件打开失败!148 return;149 150 char ch;151 int k=0;152 while（fip1.get（ch） 153 154 k+; /计算CodeFile中代码长度155 156 fip1.close（）;157 158 Tree=new chark+1;159 ifstream fip2（160161 k=0;162 while（fip2.get（ch）163 164 Treek=ch; /读取文件内容，并存到T

17、ree中165 k+;166 167 fip2.close（）;168 Treek=0 /结束标志169 cout需编码内容为:170 coutTreeendl;171 /if（Choose=172173 else /Choose!=,重新输入174 175 string tree; /用于输入需编码内容，由于string类对象可以输入任意长度，176 /所以先利用这个对象输入，再转存在Tree中177 178 cin.ignore（）;179 cout请输入需要编码的内容（可输入任意长，结束时请按2下回车）:180 getline（cin,tree, /输入任意长字符串，181 /getli

18、ne以回车（）作为结束符，第一次按回车表示字符串结束，第二次按回车才开始输出。182 while（treei!183 i+;184 num=i; /计算tree长度185 i=0;186 Tree=new charnum+1;187 while（treei!） /将tree中的字符转存到Tree中188 189 Treei=treei;190 i+;191 192 Treei= /结束标志符193 194 195 ofstream fop（CodeFile.dat /存储编码后的代码,并覆盖原文件196 i=0;197 int k=0;198 char *code;199 code=new c

19、harLeafNum; /为所产生编码分配容量为LeafNum的存储空间200 /因为不等长编码中最长的编码一定不会超过要求编码的字符个数201 while（Treek!） /对每一个字符编码202 203 int j,start=0;204 for（i=0;205 if（Infoi=Treek） /求出该文字所在单元的编号206 break;207 j=i;208 while（Nodej.parent!=-1） /结点j非树根209 210 j=Nodej.parent; /非结点j的双亲结点211 if（Nodej.lchild=i） /是左子树，则生成代码0212 codestart+=

20、0213 else /是右子树，则生成代码1214 codestart+=215 i=j;216 217 codestart= /置串结束符218219 220 for（i=0;start/2;i+） /对二进制序列进行逆置221 222 j=codei;223 codei=codestart-i-1;224 codestart-i-1=j;225 226 i=0;227 while（codei!） /存储代码228 229 fopcodei;230 i+;231 232 k+;233 234 fop.close（）;235 cout已编码！且存到文件CodeFile.dat中！nn236 /Encode237238/*/239/ 译码函数240/ 函数功能：利用已建好的哈夫曼树,对传输到达的CodeFile中的数据代码进行译码,241/ 将译码结果存入文件Te