完整word版Huffman编码报告.docx

1、完整word版Huffman编码报告 数据结构课程设计上机实习报告课 设 题 目Huffman编码和解码班 级学 生 姓 名学 号指 导 教 师时 间2015.122015。1一、设计目的1.进一步熟悉C语言开发环境，熟悉用C语言完成一个应用程序的设计过程，掌握有关编辑、调试和整合程序的方法和技巧.2.通过此设计,了解数据结构课程中霍夫曼编码的的有关内容,明确其操作，熟悉其设计，同时学习到有关位向量的内容，对文件掌握加深二、设计内容Huffman编码与解码 （必做)(Huffman编码、二叉树)问题描述对一篇英文文章(大于2000个英文字符），统计各字符出现的次数，实现Huffman编码，以及

2、对编码结果的解码.基本要求（1) 输出每个字符出现的次数和编码，其中求最小权值要求用堆实现。（2) 在Huffman编码后，要将编码表和英文文章编码结果保存到文件中,编码结果必须是二进制形式，即0 1的信息用比特位表示，不能用字符0和1表示.（3) 提供读编码文件生成原文件的功能。三、数据结构说明在该程序中我仅仅使用了两个结构体来完成编码,用位域来实现bite流存储：const int MAXSIZE=300;/定义一次分配的Huffman储存单词最大量为500 const int OVERFLOW = 0;const int ERROR = 0;const int LineCountNum=

3、500;typedef struct WordCount char Word;/存放字符 int freq； int parent , lchild ， rchild；/存放亲子节点位置 int place；/用来保存第一次堆排序后，建立霍夫曼表前的相对位置 char *HuffmanCode;/存放霍夫曼编码 WordCount , *WC;/存放单词结点的结构体typedef struct HuffmanTree WC w; int Number；/存储有多少数据存入 HuffmanTree ， *HTree; typedef struct unsigned int a：1；bite;/设

4、置位段，存储一个bite /*操作函数声明*void InitHuffmanTree(HTree &H）;/初始化霍夫曼树 void HeapSort（WC &W ， int Number , int choice）；/堆排序核心函数void HeapAdjust(WC &W , int down , int up , int choice);/堆排序调整函数，实现两种排序 void HuffmanCoding（HTree H ， WC HT）； /求霍夫曼树和霍夫曼编码表void ShowHuffmanTree(HTree H);/输出霍夫曼树 void Select(WC W , int

5、i ， int s1 , int s2);/选择1-i1之间最小的两个数，且parent为0,用s1,s2返回 void GetTheDeCode(HTree H);/将编码结果写入函数 void PutTheDeCode（FILE fp1 ， FILE fp2）；/将编码结果解码得到文章 void CountTheWord（HTree &H , FILE fp);/记录单词权值 void ShowTheEassy(FILE wp);/展示文章四、详细设计1.首先我给出了编码和解码的菜单供其选择2.在编码功能中,我先通过CountTheWord（）函数进行单词权值记录，然后进入编码功能，值得一

6、提的是,编码时我给堆排序设计了两种排序形式-对权值的排序和对位置的排序，以达到选择两个最小的权值结点的最优时间复杂度的目的，此功能通过switch实现,但要给编码结构体中放置一个place空间，这也从侧面反映了时间和空间矛盾的地方（值得一提的是，有些编码并不可见且有特殊含义，如换行符，所以将字符放入文件中时，并不对其进行处理，读出是进行顺序读出)3.编码结束后将编码结果，对应字符分别存放在文件中，然后对整篇文章进行编码4.解码时依据霍夫曼编码的唯一性进行比较求解，遇到同样的字符即返回对应的字母并写入解码文件中五、调试与测试(测试数据：献给艾米莉的玫瑰)1.首先打开文件进行字符权值统计并输出结果

7、（有些符号不可见,所以无法显示）2.然后对其进行堆排序3.输出编码表，及其对应亲子关系(#号代表为父结点）4.输出编码结果（可以轻易看出编码具备唯一性）5.将编码写入文件，一下显示文件部分内容位域存储的bite编码文档编码对应的字符顺序存储（可以看到因为换行符的 存在,自动换行了)6.解码（将文章在命令行显示，也写入了翻译文档(以doc格式保存）六、课程设计总结本次程序设计过程中遇到过许多大大小小的问题,也在设计思路上遇到过难题，但都在各方面的努力下得到了解决。一些问题如下：1.Bite形式保存由于以前没学到过位向量的内容，有一段时间无法实现这个功能，后来在网络上偶然接触到位域的内容，认识到其

8、可行性，于是解决了此问题2.选择最小的两个权值一开始我认识的这个可能很复杂，又联想到堆排序可以对其有序输出，但我又不想改变其位置,所以增设一个place记录一开始的编码表位置，进行编码时改变后可以轻易还原总结：霍夫曼编码在通信领域内是十分重要的内容,对其的掌握既能帮助我们理解二叉树的重要性，也能为我们未来工作提供一个更广阔的舞台七、附录/ *题目：Huffman编码的编码和解码 *作者：杨欢 *学号:161420325 *完成时间:2015-12-30 算法思想：以书上的霍夫曼算法为核心进行文章（所有内容，包括标点,换行符,所以命令行可能无法显示部分字符）编码和解码. 对于比特位的存储，我选择

9、用位域进行简单方便的操作。文件的读写都以最基本的方式进行. 测试文章上，我选择艾米莉的玫瑰这一小说测试,数据量大，可以验证程序的正确性 */includestdio。h#includestdlib.h#includestring。hconst int MAXSIZE=300；/定义一次分配的Huffman储存单词最大量为500 const int OVERFLOW = 0;const int ERROR = 0;const int LineCountNum=500；typedef struct WordCount char Word；/存放字符 int freq; int parent , l

10、child , rchild；/存放亲子节点位置 int place;/用来保存第一次堆排序后，建立霍夫曼表前的相对位置 char *HuffmanCode；/存放霍夫曼编码 WordCount , *WC；/存放单词结点的结构体typedef struct HuffmanTree WC w； int Number;/存储有多少数据存入 HuffmanTree ， *HTree; typedef struct unsigned int a:1；bite；/设置位段，存储一个bite /*操作函数声明*void InitHuffmanTree(HTree H);/初始化霍夫曼树 void Hea

11、pSort（WC &W , int Number ， int choice）;/堆排序核心函数void HeapAdjust（WC &W , int down , int up , int choice);/堆排序调整函数，实现两种排序 void HuffmanCoding（HTree H ， WC HT); /求霍夫曼树和霍夫曼编码表void ShowHuffmanTree(HTree H)；/输出霍夫曼树 void Select(WC &W ， int i , int s1 , int s2)；/选择1i1之间最小的两个数,且parent为0，用s1,s2返回 void GetTheDeC

12、ode（HTree H)；/将编码结果写入函数 void PutTheDeCode(FILE *fp1 , FILE fp2);/将编码结果解码得到文章 void CountTheWord（HTree &H ， FILE *fp）；/记录单词权值 void ShowTheEassy(FILE wp);/展示文章 /*主函数*int main（) FILE fp ， *wp； HTree H； WC HT;/存放编码表 printf(*菜单*n） ; printf(*1.编码文档*n）; printf（”*2.解码文档*n）; printf(”*0.退出*n”）； printf(”请输入您的选择

13、:); int choice； scanf(%d ，choice); getchar（）; while（choice != 0) switch（choice） case 1: InitHuffmanTree(H）; if（!（fp = fopen(献给艾米莉的玫瑰。txt” ， r”）) /以文本文件形式打开文件 printf(此文件不存在n”)； exit（ERROR); printf(文件打开成功n”）; CountTheWord（H , fp); printf(”按任意键统计该文章各字符出现的频率为n); getchar(）； ShowHuffmanTree（H）; printf(按任意

14、键开始堆排序n”); getchar(）; HeapSort(H-w , HNumber , 1）；/对频率排序 printf(”按任意键输出堆排序后的情况n”）; getchar（）; ShowHuffmanTree（H）； printf（”现在开始进行霍夫曼树的构建和霍夫曼编码的构建n); HuffmanCoding（H , HT）; printf（”输入任意键输出霍夫曼编码表：）; getchar（); printf(”字符 位置 权值 左孩子 右孩子 父亲n）； for（int i=1 ； i=2HNumber ； +i） printf(c %d d %d %d %dn ， HTi。W

15、ord , i ， HTi.freq ,HTi。lchild , HTi.rchild ， HTi。parent)； printf（按任意键输出构建的霍夫曼编码结果:”); getchar()； for（int i=1 ; iNumber ; +i） printf(c 对应的编码为 %sn” , Hwi.Word ， Hwi.HuffmanCode）； printf(按任意键将结果写入文件n）; getchar（)； GetTheDeCode（H）; free（H）；/释放空间，避免影响 break; case 2: PutTheDeCode(fp ， wp）； printf（该英文文章为n）

16、; ShowTheEassy(wp）; printf(n）; fclose（fp）; break； case 0： break; printf(”请输入您的选择：）; scanf（%d” ,choice）; getchar（）; return 0; /*操作函数实现*void InitHuffmanTree（HTree H) if(！(H = （HuffmanTree *）malloc(sizeof（HuffmanTree)）) exit（OVERFLOW）; if（!(H-w = （WC）malloc（sizeof(WordCount)*MAXSIZE）)） exit（OVERFLOW）；/

17、创建结点 HNumber = 0；/*将结果写入文件* void GetTheDeCode（HTree H） FILE *fp , *wp; /*将编码表写出* if（！(fp = fopen（”编码表文档.txt ， w”） /以二进制方式写出文章编码 printf(”此文件不存在n”)； clearerr（fp); exit（ERROR); for（int i=1 ; i=HNumber ; +i) fprintf(fp ， sn” ， Hwi。HuffmanCode）; fclose（fp）； if（!(fp = fopen（”编码表对应单词文档.txt ， ”w）) /以二进制方式写出

18、文章编码 printf(”此文件不存在n”）; clearerr（fp); exit（ERROR); for（int i=1 ； i=H-Number ； +i) fprintf(fp , c , H-wi.Word）； /因为存在换行符,需要进行读取换行符，所以不进行分行存储 fclose（fp）; /*将编码文档写出* if（!（fp = fopen(献给艾米莉的玫瑰.txt , ”r）) /打开文章进行对比写出编码结果 printf(此文件不存在n”); clearerr(fp）; exit（ERROR)； if（！（wp = fopen(”编码文档.txt , ”wb） /以二进制形式

19、写出编码文档 printf（”此文档不存在n”); clearerr(wp)； exit（ERROR）； bite Save; while(!feof(fp)） char Count; fscanf（fp , ”%c , &Count）； for(int i=1 ; iwi。Word) /寻找到匹配的，得到其字符编码，现在将其以Bite位写出到文件 for(int j=0 ; jwNum。Word = fgetc（fp）; +Num； fclose(fp)； /*翻译* if（!(fp = fopen(编码文档。txt” ， rb”)）) /以二进制读取编码文档 printf（”此文件不存在n

20、”)； clearerr（fp）； exit(ERROR); if(!（wp = fopen(翻译文档。doc” ， w”）) /写出文章编码 printf（”此文件不存在n”）； clearerr(wp); exit（ERROR）; bite Put;/位段，用来将字符读出 Num = Num2；/存储了多余的换行符并且多加了一次，还原真实数目 int NumberCount = strlen(H-wNum。HuffmanCode);/存放最小的霍夫曼编码数，减小后面的比较次数 int CT , i=0 ,j=1; while（！feof(fp） if(i NumberCount) /从最小

21、字符串开始可以减少循环 fread（Put , sizeof(bite） ， 1 ， fp）； if（Put.a = 1) Counti = 1; else Counti = 0; +i； else while(j Num） /代表当前编码不是霍夫曼编码,继续读入编码 fread(&Put ， sizeof(bite） ， 1 ， fp); if（Put。a = 1) Counti = 1； else Counti = 0; j = 1; +i； fclose(fp)； fclose（wp); /*解码文章输出*void ShowTheEassy（FILE *wp) if(!（wp = fop

22、en（翻译文档。doc , r）)） /写出文章编码 printf(此文件不存在n）； clearerr（wp); exit(ERROR）； char LineLineCountNum; while(！feof(wp)） fgets（Line ， LineCountNum , wp）; printf(s ， Line); memset（Line , 0 ， sizeof（char)*strlen（Line）；/清零 /*存储单词* void CountTheWord(HTree H , FILE fp） int WordNumCount = 1；/单词结点记载 int jcount;/单词重复比较操作时的临时变量 char LineCountLineCountNum;/读入文章时规定一行最