实验2 Huffman编码对英文文本的压缩和解压缩Word文档格式.docx

1、五、实验原理1. 压缩/解压缩流程压缩流程：读取扫描文本文件统计字符频率生成码字保存压缩文件解压缩流程：读取扫描压缩文件提取字符频率生成码树保存文本文件2. Huffman编码算法（略）3. 文件操作和位运算（略）六、Huffman 算法的8种不同实现方式 1. huffman_a 使用链表结构生成Huffman树的算法，这是最基本的实现方法，效率最低。2. huffman_b 使用数据结构（严蔚敏，吴伟民，1997，C语言版）中给出的算法，将二叉树存放在连续空间里（静态链表），空间的每个结点内仍有左子树、右子树、双亲等指针。3. huffman_c 使用Canonical Huffman编码

2、，同时对huffman_b的存储结构进行改造，将二叉树存放在连续空间tree里，空间的每个结点类型都和结点权值的数据类型相同，空间大小为2*num，tree0未用，tree1.num是每个元素的权值，生成Huffman后，tree1.2*num-1中是双亲结点索引。 4. huffman_d 在huffman_c的基础上，增加预先排序的功能先用QuickSort算法对所有元素的权值从小到大排序，这样，排序后最前面的两个元素就是最小的一对元素了。我们可以直接将它们挑出来，组合成一个子树。然后再子树的权值用折半插入法插到已排序的元素表中， 保证所有结点有序。为了保证初始元素的顺序不变，我们另外使用

3、了一个索引数组，所有排序中的交换操作都是在索引数组中进行的。 5. huffman_e 在huffman_d的基础上，将索引数组放在tree的内部。为编码方便，将元素权值放在treenum.2*num-1处。将tree0.num-1作为索引数组。排序改为从大到小。对索引数组排序后，每次从最后选出2个最小值，相加后的结点权值放在索引数组最后，结点索引放在索引数组中倒数第2个位置，然后索引数组大小减1，并将最后一个索引值插入到前面的有序表中，保证索引数组仍然有序。 6. huffman_f 在huffman_e的基础上，将排序改为利用堆排序原理选择最小的两个权值。也即，将所有元素的权值组织成堆后，

4、每次堆内的根结点就是最小值了。每取出一个根结点后，就把堆尾元素调到根结点重建堆。取出两个最小值合并成一个子树后，再把子树作为叶子结点放到堆中，并让其上升到合适的位置，保持堆性质不变。因为每次不必完成整个排序过程，而只是组织成堆，因此，这种方法要比使用快速排序更快。上述算法参考了mg-1.2.1中Huffman编码的实现，见http:/www.cs.mu.oz.au/mg/ 7. huffman_g 当元素权值已经有序时，可以使用A. Moffat和J. Katajainen设计的在权值数组内部构建Huffman的方法。A. Moffat和J. Katajainen对该算法的描述见http:/w

5、ww.cs.mu.oz.au/alistair/abstracts/inplace.html 8. huffman_h 在huffman_f的基础上，增加限制码长的功能。限制码长的算法参考了zlib-1.1.4中构造限制码长的Huffman编码的源代码。zlib的源代码见http:/www.gzip.org/zlib/，其中限制长度的算法在tree.c的gen_bitlen（）函数中。七Huffman 的java 实现：界面类public class ComFileFrame public static void main（String args） ComFileFrame cff = new

6、 ComFileFrame（）; cff.showUI（）; public void showUI（） javax.swing.JFrame frame = new javax.swing.JFrame（）; frame.setSize（200, 100）; frame.setLocationRelativeTo（null）; frame.setTitle（own压缩软件）; frame.setLayout（new java.awt.FlowLayout（）; frame.setDefaultCloseOperation（3）; frame.setResizable（false）; javax

7、.swing.JButton comf = new javax.swing.JButton（压缩 javax.swing.JButton decomf = new javax.swing.JButton（解压缩 MouseListenerImpl mli = new MouseListenerImpl（）; comf.addMouseListener（mli）; decomf.addMouseListener（mli）; javax.swing.JLabel label = new javax.swing.JLabel（Copyright Chenjunqing label.addMouseL

8、istener（mli）; frame.add（comf）; frame.add（decomf）; frame.add（label）; frame.setVisible（true）; 鼠标监听器类package java.Huffman;import java.awt.event.MouseEvent;import java.awt.event.MouseListener;import javax.swing.JButton;import javax.swing.JLabel;public class MouseListenerImpl implements MouseListener pub

9、lic void mouseClicked（MouseEvent e） Object obj = e.getSource（）;/得到鼠标单击的对象 if（obj instanceof JButton）/判断鼠标是否单击是按钮 JButton b = （JButton） obj; String title = b.getActionCommand（）;/得到按钮的名称 javax.swing.JFileChooser chooser = new javax.swing.JFileChooser（）;/创建一个filechooser，用来获取路径 if（title=）/判断单击的是哪个按钮 cho

10、oser.setFileSelectionMode（javax.swing.JFileChooser.FILES_ONLY）;/压缩时只允许压缩文件 int t = chooser.showDialog（null, if（t = javax.swing.JFileChooser.APPROVE_OPTION） String source = chooser.getSelectedFile（）.getAbsolutePath（）;/得到源文件的路径/ System.out.println（source is :+source）;/ for test String destination = so

11、urce+.own;/根据源文件路径产生新文件的路径destination is:+destination）; Compress comFile = new Compress（）; try long start = System.currentTimeMillis（）; comFpressFile（source, destination）; long end = System.currentTimeMillis（）; long time = end -start; javax.swing.JOptionPane.showMessageDialog（null, 压缩完成！n+压缩用时：+time

12、+ms catch （Exception e1） e1.printStackTrace（）; else if（title=） if（source.endsWith（own） String temp = source.substring（0,source.length（）-4）; int s = temp.lastIndexOf（ String destination = temp.substring（0,s+1）+解压 +temp.substring（s+1,temp.length（）;/ System.out.println（ Compress decomFile = new Compres

13、s（）; try long start = System.currentTimeMillis（）; decomFile.decompressFile（source, destination）; long end = System.currentTimeMillis（）; long time = end -start; javax.swing.JOptionPane.showMessageDialog（null, 解压完成！解压用时： catch （Exception e1） e1.printStackTrace（）; else 请选择由本软件压缩的文件 else if（obj instance

14、of JLabel） javax.swing.JOptionPane.showMessageDialog（null, 本软件压缩的文件拓展名为own！ Override public void mousePressed（MouseEvent e） / TODO Auto-generated method stub public void mouseReleased（MouseEvent e） public void mouseEntered（MouseEvent e） public void mouseExited（MouseEvent e） 压缩与解压缩方法类import java.io.D

15、ataInputStream;import java.io.DataOutputStream;import java.io.FileInputStream;import java.io.FileOutputStream;import java.util.ArrayList;import java.util.HashMap;/* * 利用Huffman编码进行压缩 * * author Chenjunqing */public class Compress public static void main（String args） throws Exception Compress cps = n

16、ew Compress（）; / HashMap map = / cps.countFile（d:我的文档桌面Test.javaByte, String code = cps.getFileCode（map）; / java.util.Set set = code.keySet（）; / java.util.Iterator iter = set.iterator（）; / while （iter.hasNext（） / Byte key = iter.next（）; / String value = code.get（key）; / System.out.println（key + t +

17、value）; / long start = System.currentTimeMillis（）; pressFile（我的文档桌面005.png, 我的文档桌面005.own/ 压缩文件 cps.decompressFile（我的文档桌面解压005.png/ 解压文件 long end = System.currentTimeMillis（）; System.out.println（Time of Running is: + （end - start） + /* * 对一个文件进行字节的统计 * param path * ：文件的路径 * return：返回一个Map public Has

18、hMap countFile（String path） throws Exception HashMap map = new HashMap（）; FileInputStream fis = new FileInputStream（path）; DataInputStream dis = new DataInputStream（fis）;/ 创建文件输入流对象，按照数据类型读取。 int t = -1; while （t = dis.read（） != -1） Byte key = （byte） t; if （map.containsKey（key） Integer value = map.g

19、et（key）; value+; map.put（key, value）; else map.put（key, 1）; dis.close（）; / /测试代码 / int total = 0; set1 = map.keySet（）; iter1 = set1.iterator（）; / while （iter1.hasNext（） / Byte key = iter1.next（）; / int value = map.get（key）; / total +; / System.out.println（total）; return map; * 得到一个HashMap的Huffman编码

20、* param map要转化的HashMap返回一个HashMap，Byte是字节，String是其对应的Huffman编码。 getFileCode（HashMap map） java.util.Set set = map.keySet（）;/ 将MAP的key放到一个Set集合 java.util.Iterator/ Set向迭代器中放值 ArrayList huff = new ArrayList / 将字符出现的次数作为权值（data），字符作为标志（Sign），把数据转化为节点，存入一个队列中 while （iter.hasNext（） Byte key = iter.next（）;

21、 Integer num = map.get（key）; TreeNode temp = new TreeNode（num）; temp.setSign（key）; huff.add（temp）; HuffmanTree hfmTree = new HuffmanTree（）; / 将队列转化为相应的Huffman树，返回树的根节点 TreeNode root = hfmTree.ArrayToHuffman（huff）; / hfmTree.printTree（root）;/ 打印huffman树 code = hfmTree.getHuffmanCode（root）;/ 得到huffman

22、编码，结果保存在Map / / 测试代码 set1 = code.keySet（）; / total+; return code; * 得到源文件的压缩文件的方法 * param code由源文件得到的存储有其中每个字节及其对应Huffman编码的HashMap。 * param source源文件的路径 * param destination压缩文件存储的路径 public void compressFile（String source, String destination） throws Exception FileInputStream fis = new FileInputStream（source）; FileOutputStream fos = new FileOutputStream（destination）; DataOutputStream dos = new DataOutputStream（fos）; String data = / 用来暂存编码的过度变量 map = this.countFile（source）; code = this.getFileCode（map