哈夫曼编码译码.docx

1、哈夫曼编码译码哈夫曼编码译码一、【实验内容】 【问题描述】 利用哈夫曼编码进行住处通讯可以大大提高信道利用率,缩短住处传输时间,降低成本,但是,这要求在发送端通过一个编码系统将传输的数据预先编码,在接收端通过一个译码系统对传来的数据进行译码(复原),对于双向传输信息的信道,每端都一个完整的编码译码系统,试为这样的住处收发站写一个哈夫曼友的编码译码系统. 【基本要求】:一个完整的系统应以下功能: (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,建立哈夫曼树,并将它存放在文件hfmTree中. (2) E. 编码(Encoding)。利用已建立

2、好的哈夫曼树(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,然后将结果代码存(传输)到文件CodeFile中. (3) D. 译码(Decoding)。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,将译码结果存入文件TextFile中. (4) P. 印文件代码(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. 印哈夫曼树(TreePrinting)。将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式(树或凹入表的形式)显示在终端上，同时将此字符形式的

3、哈夫曼树写入文件TreePrint中。 测试数据: (1) 利用教科书例6-2中的数据调试程序。 (2) 用下表给出的字符集和频度的计数据建立哈曼树,并实现以下报文的编码和译码:“THIS PROGRAM IS MY FAVORITE”.。 字符 A B C D E F G H I J K L M 频数 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 频数 57 63 15 1 48 51 80 23 8 18 1 16 1 二、实验目的 树型结构是一种应用极为广泛的非线性数据结构,也是本课程的重点内

4、容,哈夫曼树(最优二叉树)是树型结构的典型应用,本次实验突出了数据结构加操作的程序设计观点,希望能根据树型结构的非线性特点,熟悉各种存储结构的特性,达到如何应用树型结构的非线性特点,熟悉各种存储结构的特性,达到如何应用树型结构解决具体问题的目的. 三、实验文档: 哈夫曼编码/译码 一、 需求分析 1、 利用哈夫曼编码进行信息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。但是，这要求在发送端通过一个编码系统对待传数据预先编码，在接收端将传来的数据进行译码(复原)。对于双工信道(既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。本次设计就是为这样的信息收发站写的一个哈夫

5、曼的编/译码器。 本实验要求: 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) ,、测试数

6、据: (,)利用教科书例6-2中的数据调试程序。 (,)用下表给出的字符集和频度的计数据建立哈曼树,并实现以下报文的 编码和译码:“THIS PROGRAM IS MY FAVORITE”.。 字符 A B C D E F G H I J K L M 频数 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 频数 57 63 15 1 48 51 80 23 8 18 1 16 1 二、概要设计 为实现上述程序功能，应以指针存储结点。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 H

7、uffmanTree 数据对象:D=ai| ai?CharSet,i=1,2,n, n?0 数据关系:R= ai-1, ai?D, ai-1ai ,i=2，3，n 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。 操作结果:对字符串进行编码 Decoder(); 初始条件:哈夫曼树已存在且已编码。 操作结果:对二进制串进行译码 Print() 初始条件:编码文件已存在。 操作结果:把已保存好的

8、编码文件显示在屏幕 TreePrinting() 初始条件:哈夫曼树已存在。 操作结果: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 三、详细设计 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:刘伟高 / 日期:2006.11.27 /

9、版本:1.0 /对应类实现文件: HuffmanTree.cpp /对应主程序文件: main.cpp #include #include #include using namespace std; struct HuffmanNode /定义哈夫曼树各结点 int weight; /存放结点的权值，假设只考虑处理权值为整数的情况 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 int lchild,rchild; /分别存放该结点的左、右孩子的所在单元的编号 ; class HuffmanTree /建立哈夫曼树类 private: HuffmanNode

10、*Node; /哈夫曼树中结点的存储结构 char *Info; /用来保存各字符信息 int LeafNum; /树中的叶子结点总数 public: HuffmanTree(); /构造函数 HuffmanTree(); /析构函数 void Initialization(int WeightNum); /初始化函数:根据WeightNum个权值建立一棵哈夫曼树 void Encoder(); /编码函数:利用构造好的哈夫曼树对字符进行编码 void Decoder(); /译码函数:对二进制串进行译码 void Print(); /印文件函数:把已保存好的编码文件显示在屏幕 void Tr

11、eePrinting(); /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 ; / 程序名:HuffmanTree.cpp / 程序功能:实现哈夫曼树类的源文件(并用其来实现编/译码) / 作者:刘伟高 / 日期:2006.11.27 / 版本:1.0 #includeHuffmanTree.h #include using namespace std; / / / 构造函数 / 函数功能:将结点指针初始化为NULL / 函数参数:无 / 参数返回值:无 HuffmanTree:HuffmanTree() Node=NULL; /将树结点初始化为空 Info=NULL; /将

12、字符数组初始化为空 LeafNum=0; /将叶子数初始化为0 / / / 析构函数 / 函数功能:将所有结点的空间释放 / 函数参数:无 / 参数返回值:无 HuffmanTree:HuffmanTree() delete Node; /释放结点空间 delete Info; /释放字符存储空间 / / / 初始化函数 / 函数功能:从终端读入字符集大小n，以及n个字符和n个权值, / 建立哈夫曼树,并将它存放在文件hfmTree中. / 函数参数:int WeightNum表示代码个数 / 参数返回值:无 void HuffmanTree:Initialization(int Weight

13、Num) /初始化 int i,j,pos1,pos2,max1,max2; / 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 Info=new char2*WeightNum-1; for(i=0;iWeightNum;i+) cout请输入第i+1个字符值; getchar(); /丢弃字符t与n Infoi=getchar(); /输入一个字符,主要是考虑输入空格而采用这种形式的 getchar(); coutNodei.weight; /输入权值 Nodei.parent=-1; /为根结点 Nodei.lchild=-1; /无左孩子 Nodei.rchild=-1; /无右孩子 for(i=WeightNum;i2*WeightNum-1;i+) /表示需做WeightNum-1次合并 pos1=-1; pos2=-1; /分别用来存放当前最小值和次小值的所在单元编号 max1=32767; /32767为整型数的最大值 max2=32767; /分别用来存放当前找到的最小值和次小值 for(j=0;ji;j+) /在跟节点中选出权值最小的两个 if(Nodej.parent=-1) /是否为根结点 if(Nodej.weightmax1) /是否比最小值