分析方案哈夫曼编译码系统与实现.docx

1、分析方案哈夫曼编译码系统与实现 数 据 结 构实验报告学 号0928724099姓名李晓松年 级2009班级网络工程5班机号：学院机房时间周三下午2点半-4点周四上午8点-10点指导教师张磊实验题目：理解哈夫曼树的特征及其应用；在对哈夫曼树进行理解的基础上，构造哈夫曼树，并用构造的哈夫曼树进行编码和译码；通过该实验,对数据结构的应用有更深层次的理解。实验要求：1问题描述：利用哈夫曼编码进行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）。对于双工信道即可以双向传输信息的信道），每端都需要一个完

2、整的编/译码系统。试为这样的信息收发站设计一个哈夫曼编/译码系统。2一个完整的系统应具有以下功能：1）初始化Initialzation）。从数据文件DataFile.dat中读入字符及每个字符的权值，建立哈夫曼树HuffTree；2）编码EnCoding）。用已建好的哈夫曼树,对文件ToBeTran.dat中的文本进行编码形成报文，将报文写在文件Code.txt中；3）译码Decoding）。利用已建好的哈夫曼树，对文件CodeFile.dat中的代码进行译码形成原文，结果存入文件Textfile.txt中；4）输出Output）:输出ToBeTran.dat及其报文Code.txt；输出Co

3、deFile.dat及其原文Textfile.txt；备注：1）数据文件DataFile.dat中，元素类型为字符，权值） , DataFile.dat的建立可以根据用户输入的一段原文，通过统计出现的字符及各字符出现的次数； /创建数据文件void creatToBeTran( ；/创建原文文件void creatCodeFile( ；/创建报文文件2.从文件DataFile.dat中读出各字符及相应的权值，创建哈夫曼树HT；3.根据构造的哈夫曼树，求相应字符的哈夫曼编码；4从文件ToBeTran.dat中读出要翻译的原文，将其翻译成译文存入文件Code.txt中5从文件CodeFile.da

4、t中读出要翻译的报文，将其翻译成原文存入文件Textfile.txt中环境语言：Windows下的Microsoft VC+四、数据结构与模块说明下面是编译码系统中所用的数据结构。在这个系统中，哈夫曼树的存储结构采用顺序存储；其结点结构为：程序中用到的头文件、类型定义及主要的函数原型如下：#includestdio.h#includemalloc.h#includestring.h#define char_num 8 typedef struct char ch 。 int w。 DFileNode 。/ 定义数据文件的元素类型typedef struct /赫夫曼树和赫夫曼编码的存储表示 c

5、har ch。 /相应字符 int weight。/字符的权值 int parent,lchild,rchild。/双亲、左、右孩子指针/创建数据文件void creatToBeTran( /创建原文文件 void creatCodeFile( /创建报文文件int min(HuffmanTree t,int i；/ 求无双亲且权值最小的结点，函数void select(调用void select(HuffmanTree t,int i,int &s1,int &s2；/ s1为最小的两个值中序号小的那个void print_huff_tree(HuffmanTree HT ,int n；/输

6、出哈夫曼树，在必要时调用以验证算法的正确性 void creatHuffmanTree( HuffmanTree &HT, int n； /创建含n叶子结点的哈夫曼树,字符及权值在文件DataFile.dat中即初始化 void HuffmanCoding(HuffmanTree &HT,int n； /对有n个叶子结点的哈夫曼树上的叶子结点进行编码void EnCoding(/编码:对文件ToBeTran.dat中的文本进行编码，放在文件Code.txt中void Decoding( ；/译码:对文件CodeFile.dat中的报文进行译码，放在文件Textfile.txt中void out

7、put( ；/输出原文和对应的译文；输出报文和对应的原文；五、主要算法的设计与实现void creatHuffmanTree( HuffmanTree &HT, int n /创建含n叶子结点的哈夫曼树,字符及权值在文件DataFile.dat中即初始化Initialzation FILE *f1。 int m,i,s1,s2。 HuffmanTree p。 DFileNode s。 /从文件中读数据时用； m=2*n-1。 f1=fopen(DataFile.dat,rb。 HT=(HuffmanTreemalloc(m+1*sizeof(HTNode。 /0号单元未用 printf(字符及

8、相应的权值为：。 for(p=HT+1,i=1。i fread(&s,1,sizeof(DFileNode,f1。 /从文件中读一个数给s,构造叶子 printf(%c,%d,s.ch,s.w。 (*p.ch=s.ch。 (*p.weight=s.w。 (*p.parent=0。 (*p.lchild=0。 (*p.rchild=0。 (*p.next=NULL。 fclose(f1。 printf(n。 for(。i (*p.ch= 。(*p.parent=0。(*p.lchild=0。(*p.rchild=0。(*p.next=NULL。 for(i=n+1。i/建n-1个分支结点 / 在

9、HT1i-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。 HTs1.parent=HTs2.parent=i。 HTi.lchild=s1。 HTi.rchild=s2。 HTi.weight=HTs1.weight+HTs2.weight。 void HuffmanCoding(HuffmanTree &HT,int n /对有n个叶子结点的哈夫曼树上的叶子结点进行编码 char *cd。 int i,start,c,f。 cd=(char*malloc(n*sizeof(char。 / 分配求编码的工作空间 cdn-1

10、=0。 / 编码结束符 for(i=1。i / 逐个字符求赫夫曼编码 start=n-1。 / 编码结束符位置 for(c=i,f=HTi.parent。f!=0。c=f,f=HTf.parent / 从叶子到根逆向求编码 if(HTf.lchild=c cd-start=0。 else cd-start=1。 HTi.next=(char*malloc(n-start*sizeof(char。 / 为第i个字符编码分配空间 strcpy(HTi.next,&cdstart。 / 从cd复制编码(串到HC free(cd。 / 释放工作空间 void EnCoding(/编码:对文件ToBeT

11、ran.dat中的文本进行编码，放在文件Code.txt中 FILE *f1, *f2。 char c。 int s,i。 f1=fopen(ToBeTran.dat,r。/打开文件ToBeTran.dat为了读 f2=fopen(Code.txt,w。/打开文件Code.txt为了写/ printf(原文：。 while(fread(&c,1,sizeof(char,f1 i=1。 while(HTi.ch!=c i+。 /printf(%c,c。 fputs(HTi.next,f2。 /printf(n。 fclose(f1。 fclose(f2。 /f2=fopen(Code.txt,r

12、。 /printf(译文：。 /while(fread(&c,1,sizeof(char,f2 putchar(c。 /printf(n。 fclose(f2。void Decoding( /译码:对文件CodeFile.dat中的报文进行译码，放在文件Textfile.txt中 FILE *f1, *f2。 char c。 int s,i,p。 f1=fopen(CodeFile.dat,rb。 f2=fopen(Textfile.txt,w。 /printf(报文：。 p=2*char_num-1。 /P指向哈夫曼树的根 while(fread(&s,1,sizeof(int,f1 / p

13、rintf(%d,s。 if(s=0 p=HTp.lchild。 else p=HTp.rchild。 if(HTp.lchild=0 c=HTp.ch。 fputc(c,f2。 p=2*char_num-1。 /让P重新指向哈夫曼树的根 printf(n。 fclose(f1。 fclose(f2。 /f2=fopen(Textfile.txt,r。 /printf(原文：。 /while(fread(&c,1,sizeof(char,f2 putchar(c。 /printf(n。 /fclose(f2。六、源程序见电子稿(文件名为: Huffman_Tree .cpp 。 七、运行结果与

14、运行情况第一次运行：创建数据文件DataFile.dat请输入一段仅包含大写字母A-H的一段文字以#结束ABCHHDHFGEHDBCHDGFA#字符及每个字符出现的次数(字符，出现次数(A ,2 , (B ,2 , (C ,2 , (D ,3 , (E ,1 , (F ,2 , (G ,2 , (H ,5初始的哈夫曼树:字符 权 值 双 亲 左孩子 右孩子 指向编码的指针 A 2 9 0 0 -(null B 2 10 0 0 -(null C 2 10 0 0 -(null D 3 12 0 0 -(null E 1 9 0 0 -(null F 2 11 0 0 -(null G 2 11

15、 0 0 -(null H 5 14 0 0 -(null 3 12 1 5 -(null 4 13 2 3 -(null 4 13 6 7 -(null 6 14 4 9 -(null 8 15 10 11 -(null 11 15 8 12 -(null 19 0 13 14 -(null编码后的哈夫曼树:字符 权 值 双 亲 左孩子 右孩子 指向编码的指针 A 2 9 0 0 -1110 B 2 10 0 0 -000 C 2 10 0 0 -001 D 3 12 0 0 -110 E 1 9 0 0 -1111 F 2 11 0 0 -010 G 2 11 0 0 -011 H 5 1

16、4 0 0 -10 3 12 1 5 -(null 4 13 2 3 -(null 4 13 6 7 -(null 6 14 4 9 -(null 8 15 10 11 -(null 11 15 8 12 -(null 19 0 13 14 -(null字符A的编码为:1110 字符B的编码为:000 字符C的编码为:001字符D的编码为:110 字符E的编码为:1111 字符F的编码为:010字符G的编码为:011 字符H的编码为:10创建原文文件,请输入一段仅包含大写字母A-H的一段文字作为原文以#结束ABCGDBCHFE#原文：ABCGDBCHFE译文：111000*0000001100

17、101111创建报文文件,请输入一段仅包含0和1的一段文字作为原文以2作为结束标志.输入报文中的第一个代码0或10 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 20 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 0 报文:0000111001010原文:BGHFH第二次运行创建数据文件DataFile.dat请输入一段仅包含大写字母A-H的一段文字以#结束AABABABABABAEGHF#字符及每个字符出现的次数(字符，出现次数(A ,7 , (B ,5 , (C ,0 , (D ,0 , (E ,1 , (F ,1 , (G ,1 , (H ,1 ,初始的哈夫曼树:字符 权 值 双 亲 左

18、孩子 右孩子 指向编码的指针 A 7 15 0 0 -(null B 5 14 0 0 -(null C 0 9 0 0 -(null D 0 9 0 0 -(null E 1 10 0 0 -(null F 1 11 0 0 -(null G 1 11 0 0 -(null H 1 12 0 0 -(null 0 10 3 4 -(null 1 12 5 9 -(null 2 13 6 7 -(null 2 13 8 10 -(null 4 14 11 12 -(null 9 15 2 13 -(null 16 0 1 14 -(null编码后的哈夫曼树:字符 权 值 双 亲 左孩子 右孩子

19、 指向编码的指针 A 7 15 0 0 -0 B 5 14 0 0 -10 C 0 9 0 0 -111110 D 0 9 0 0 -111111 E 1 10 0 0 -11110 F 1 11 0 0 -1100 G 1 11 0 0 -1101 H 1 12 0 0 -1110 0 10 3 4 -(null 1 12 5 9 -(null 2 13 6 7 -(null 2 13 8 10 -(null 4 14 11 12 -(null 9 15 2 13 -(null 16 0 1 14 -(null字符A的编码为:0 字符B的编码为:10 字符C的编码为:111110字符D的编码

20、为:111111 字符E的编码为:11110 字符F的编码为:1100字符G的编码为:1101 字符H的编码为:1110创建原文文件,请输入一段仅包含大写字母A-H的一段文字作为原文以#结束ABCBDGFBCGD#原文：ABCBDGFBCGD：010*创建报文文件,请输入一段仅包含0和1的一段文字作为原文以2作为结束标志.输入报文中的第一个代码0或10 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 20 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0报文:0001010101000原文:AAABBBBAAPress any key to continue八、自我评析与总结该实验做得比较成功，

21、例如在编写调试程序时，并不是仅仅把目标局限在编译通过，执行有结果上。除了为了完成任务的模块外，另有测试输出哈夫曼树的代码print_huff_tree( ，输出文件内容的代码；在适当的地方调用它们，运行时可以看到验证编写程序的正确性；当运行通过并符合题中要求后将这一部分代码变成注释或删除。通过本次实验，提高了自已调试程序的能力。充分体会到了在程序执行时的提示性输出的重要性。编写大一点的程序，应先写出算法，再写程序，调试时一段一段调试；对于没有实现的操作用空操作代替，这样容易找出错误所在。最忌讳将所有代码写完后再调试，这样若程序有错误，太难找。需要特别强调的是：编写程序、调试程序不要仅局限于编译通过上，关键要出正确的结果，在必要的时候添加提示输出信息，是一种不错的选择。该程序具有通用性，对于不同的输入都可进行处理。若想对同一个编码方案进行编译码，只需在第一次运行时创建数据文件，当数据文件创建好后，仅需将源程序的主函数中调用创建数据文件函数creatDataFile( 的那个语句变为注释既可。九、参考文献1蒋盛益 等编著 数据结构学习指导与训练 中国水利水电出版社 2严蔚敏 吴伟民编著 数据结构 语言版） 清华大学出版社 3严蔚敏 等编著 数据结构习题集语言版） 清华大学出版社 十、教师评语：