算法设计与分析课程设计报告.docx

1、算法设计与分析课程设计报告压缩软件课程设计书一、问题描述：建立一个文本文件，统计该文件中各字符频率，对各字符进行Huffman编码，将该文件至翻译成Huffman编码文件，再将Huffman编码文件翻译成原文件。 二、算法分析及思路：对于该问题，我们做如下分析：（1）首先得构造出哈弗曼树，我们用函数HuffmanTree(int w,int s,int n)设计；（2）在构建哈弗曼树的基础上，进一步实现哈弗曼编码问题，我们用函数Huffmancode(char wen)设计；（3）实现哈弗曼编码后再进一步实现哈弗曼译码问题，我们用函数Huffmandecode()设计；（4）其中编码问题中，得

2、进一步统计出各个字符在文件中的频率，并进行一些必要的标记，我们用函数runhuffman(char wen)设计；（5）在译码过程中，还有必要的一步是比较原文件与译码后的文件是否相同，我们用函数compare(char wen)设计；（6）其中的文件输入我们用到类”fstream.h”中的输入输出流，并在运行的文件夹中建立一个文件名为逍遥游的文本文件，且在逍遥游文件中输入需要编码的数据。三、主要解决的设计问题：1.写一个对txt文件压缩和解压的程序，使用动态编码。2.使用Huffman编码压缩和解压时，Huffman树的存储可以直接存储树结构，也可以存储所有字符的频度或权值，然后读取时建立Hu

3、ffman树；3.使用Huffman编码压缩和解压时，注意定义压缩码的结束标记，可以使用一个特殊的字符作为结束标记，也可以在压缩码之前存储其比特长度；如果使用一个特殊字符作为结束标记，则其频度为1，需要在建立Huffman树时把它看作一个独立的字符进行建树。4.使用Huffman编码压缩和解压时，在一个缓冲区里面收集压缩码比特流，每当收集的比特数满8时，可以把这8比特通过位操作合并成一个字节写入文件（当然也可以收集满一定数目的字节后再写入文件）。写入文件的最小信息单位为字节。四、程序设计的流程图：五、输入和输出说明：1、数据输入：由文件input.txt提供输入需要压缩的内容；2、结果输出：将

4、压缩好的文件内容输出到编码后的文件.txt中，再由编码后的文件.txt解压到译码后的文件.txt中。六、程序及其注解：1、数据结构设计（即类的设计，包括类的数据成员、函数成员）类的设计用HuffmanTree.h保存如下:#include#includeusing namespace std;const int MaxSize=512;/-struct element /哈夫曼树的结点 int str; /记录字符在数组中的位置 int weight; /字符出现频率（权值） int lchild,rchild,parent; /哈夫曼树各个指针变量 char bits30; /存储哈夫曼编码

5、的数组;/-class HuffmanTree element hufftreeMaxSize; /存放哈夫曼树结点的数组 int num; /结点数public: HuffmanTree(int w,int s,int n); void Select(int n,int &s1,int &s2); void Huffmancode(char wen); /哈夫曼编码 void Huffmandecode(); /哈夫曼译码;/-class Runpublic: void huffman(char wen); /将编码后的文件译成原文件 void runhuffman(char wen); /

6、统计各字符频率 void compare(char wen); /比较逍遥游文件和译码后的文件;/- 2、算法设计（类的函数成员的具体设计）（1）算法一设计用HuffmanTree.cpp保存如下：#include#includeHuffmanTree.husing namespace std;/-void HuffmanTree:Select(int n,int &s1,int &s2) s1=-1; s2=-1; for(int i=0;i=n;i+) if(hufftreei.parent=-1) if(s1=-1) s1=i;continue; if(s2=-1) s2=i;conti

7、nue; if(hufftreei.weighthufftrees1.weight) s1=i; else if(hufftreei.weighthufftrees2.weight) s2=i; /-HuffmanTree:HuffmanTree(int w,int s,int n) num=n; int i1,i2; i1=i2=0; for(int i=0;i2*num-1;i+)/外部叶子结点数为num个时，内部结点数为n-1，整个哈夫曼树的需要的结点数为2*num-1. hufftreei.parent=-1; hufftreei.lchild=-1; hufftreei.rchild

8、=-1; for(int j=0;jnum;j+) hufftreej.weight=wj; hufftreej.str=sj; for(int k=num;k2*num-1;k+) /构建哈夫曼树 Select(k-1,i1,i2); /在hufftree中找权值最小的两个结点i1和i2 hufftreei1.parent=k; hufftreei2.parent=k; hufftreek.weight=hufftreei1.weight+hufftreei2.weight; hufftreek.lchild=i1; hufftreek.rchild=i2; /-void HuffmanTr

9、ee:Huffmancode(char wen) ifstream in(wen); ofstream out(编码后的文件.txt); int start=MaxSize-1; int cha=0; char cdMaxSize; /存放一个编码 cdMaxSize-1=0; for(int i=0;inum;i+) start=MaxSize-1; int c,f; for(c=i,f=hufftreei.parent;f!=-1;c=f,f=hufftreef.parent) if(hufftreef.lchild=c) /置左分支编码0 cd-start=0; else cd-star

10、t=1; /置右分支编码1 strcpy(hufftreei.bits,&cdstart);/将编码存放在相应结点存储哈夫曼编码的数组中 cout字符在数组中的下标及其编码如下：; /输出字符在数组中的位置及其编码 for(int k=0;knum;k+) if(k%3=0) coutendl; couthufftreek.str:hufftreek.bitst; coutendlendl; for(char ch;in.get(ch);) /将逍遥游文件中各个字符转变成相应的编码，写入编码后的文件中 if(int)ch0) cha=(int)ch+256; else cha=(int)ch;

11、 for(int j=0;jnum;j+) if(hufftreej.str=cha) outhufftreej.bits; cout编码成功！b;) if(b=0)i=hufftreei.lchild; else i=hufftreei.rchild; if(hufftreei.lchild=-1) out(char)hufftreei.str; i=2*num-2; cout译码成功！endl;/-（2）算法二设计用HuffmanRun.cpp保存如下：#include#includeHuffmanTree.husing namespace std;/-void Run:runhuffma

12、n(char wen) ifstream in(wen); int wMaxSize; int weightMaxSize; /存放各个字符的频率 int strMaxSize; /存放逍遥游文件中各个字符在数组w中的位置(下标) int i=0; int n=0; int cha=0; for(int j=0;jMaxSize;j+) wj=0; /*从文件逍遥游中依次读入字符，根据字符的ASCII码值将字符存入str数组的相应位置 而weight数组的相应位置则记录该字符出现的频率*/ for(char ch;in.get(ch);) if(int)ch0) cha=(int)ch+256

13、; /中文的ASCII码值为负数，加上256使其可以存放在数组中 else cha=(int)ch; wcha+; for(int k=0;kMaxSize;k+) if(wk!=0) strn=k; weightn=wk; n+; cout字符在数组中的下标及其权值如下：; /输出字符在数组中的位置及其权值 for(int p=0;pn;p+) if(p%6=0) coutendl; coutstrp:weightpt; coutendlcha;) /将文件逍遥游的内容读入数组stringa stringai=cha; i+; stringai=0; for(char chc;incchc;

14、) /将译码后的文件内容读入数组stringc stringcj=chc; j+; stringcj=0; /*比较文件逍遥游和译码后的文件内容，若相同则说明编码正确，若不同， 则说明编码错误*/ for(int k=0;stringak!=0&stringck!=0;k+) if(stringak!=stringck) flag=0; if(stringak=0&stringck=0) flag=1; else flag=0; if(flag=0) cout逍遥游文件与译码后的文件不相同，编码错误！endl; else cout逍遥游文件与译码后的文件相同，编码正确！endl;/-（3）实现

15、算法设计的主程序用HaffmanMain.cpp保存如下：#include#includeHuffmanTree.husing namespace std;void main() char wenjian20;int t=1; while(1) if(t=1) coutwenjian; Run manager; manager.runhuffman(wenjian); pare(wenjian); else coutwenjian; Run manager; manager.huffman(wenjian); cout请继续选择需要执行的功能：endl; cout请问您是需要编码文件还是译码文件？endl; cout如果是要编码文件，那么请输入1；endl; cout如果是要译码文件，那么请输入0。t; 七、程序运行结果及分析：该课程设计实现了哈弗曼编码及译码问题，其中有一些独到之处，同时也有很多不足之处。比如说：其中的由编码文件直接翻译成译码文件没有单独实现，也没有很好的算法直接描述，而正好该问题在实际用途中很广泛，一般都要由一些特定规则单独实现译码问题。希望在以后的进一步学习中能很好的掌握该问题的算法优化。