哈夫曼编码译码器实验报告.docx

1、哈夫曼编码译码器实验报告实验报告哈夫曼编码及译码班级：软件工程一班学号：2220141524姓名：孙正涛1 问题描述1.设计一个利用哈夫曼算法的编码和译码系统，重复地显示并处理以下项目，直到选择退出为止。(1)将权值数据存放在数据文件(文件名为data.txt，位于当前目录中)；(2)分别采用动态和静态存储结构; 初始化：键盘输入字符集大小n、n个字符和n个权值，建立哈夫曼树;(3)编码：利用建好的哈夫曼树生成哈夫曼编码；输出编码；设计要求：(1) 符合课题要求，实现相应功能；(2) 要求界面友好美观，操作方便易行；(3) 注意程序的实用性、安全性。2 需求分析 编写此软件是为了实现一个利用哈

2、夫曼算法的编码和译码系统。比如，再利用电报进行通讯时，需要将文字转换成由二进制的字符组成的字符串。比如需传送的电文为“A B A C C D A”假设将A,B,C,D分别编码为00、01、10、11.则上述电文遍为100，总长度为14位。但是在传送过程中，总希望长度能够尽可能的短，于是我们想采用长度不等的编码。但是这种编码必须遵循：任何一个字符的编码都不是另一个字符编码的前缀。对此软件的要求：能够正确的使得对于输入的字符进行编码以及译码，并且是的在译码过程中不会出错，同时能够将编码以及译码的结果正确的存入文件当中。3 概要设计总体框图以及功能描述4 详细设计数据类型的定义（1）哈夫曼树节点类型

3、 struct hufmtreenode /哈弗曼树结点数据类型 char data; float weight; /结点权值 int parent,lchild,rchild; /父结点，左、右孩子结点 ;（2）哈夫曼树类型 struct hufmtree /哈弗曼树数据类型 hufmtreenode *node; /结点数组（根据n的值动态分配） int n; /叶子结点数;（3)哈夫曼编码数据类型 struct Codetype /哈弗曼编码数据类型 char *bits; /编码流数组， int start;/编码实际在编码流数组里的开始位置5 测试分析 (1)打开源文件统计各字符及权

4、值信息并存入data.txt文件中 (2)将统计出的权值信息进行哈夫曼编码（3）将编码内容存入Code文件中（4）将Code文件中的内容译码（5)成功译码把原字符信息存入DeCode文件中（6）输入各字符及其权值（7）将各字符的权值信息进行哈夫曼编码（7）根据编码再进行译码工作6 课程设计总结课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，当今计算机应用在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握计算机开发技术是十分重要的。回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确

5、，自从拿到题目到完成整个编程，从理论到实践，在整整一个星期的日子里，可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，这毕竟独立做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说结构体通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。这次

6、课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在谢老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在李玉蓉老师的软件工程导论课上我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！附录（源程序清单）#include #include #include #define MAXVAL 10000.0struct hufmtreenode/哈弗曼树结点数据类型 char data; double weight;/结点权值 int parent,lchild,rchild;/父结点，左、右孩子结点;struct hufmtree/哈弗曼树数据类型 hu

7、fmtreenode *node;/结点数组（根据n的值动态分配） int n;/叶子结点数;struct Codetype/哈弗曼编码数据类型 char *bits;/编码流数组，n为为哈夫曼树中叶子结点的数目，编码的长度不可能超过n int start;/编码实际在编码流数组里的开始位置;void SortHufmtree(hufmtree *tree)/将哈夫曼树n个叶子结点由大到小排序 int i,j,k; hufmtreenode temp; if (tree=NULL) return; for (i=0;in;i+) k=i; for(j=i+1;jn;j+) if (tree-n

8、odej.weighttree-nodek.weight) k=j; if (k!=i) temp=tree-nodei; tree-nodei=tree-nodek; tree-nodek=temp; Codetype* HuffmanCode(hufmtree *tree)/哈弗曼编码的生成 int i,j,p,k; Codetype *code; if (tree=NULL) return NULL; code=(Codetype*)malloc(tree-n*sizeof(Codetype); for (i=0;in;i+) printf(%c ,tree-nodei.data);/打

9、印字符信息 codei.bits=(char*)malloc(tree-n*sizeof(char); codei.start=tree-n-1; j=i; p=tree-nodei.parent; while(p!=-1) if (tree-nodep.lchild=j) codei.bitscodei.start=0; else codei.bitscodei.start=1; codei.start-; j=p; p=tree-nodep.parent; for (k=codei.start+1;kn;k+)/打印字符编码 printf(%c,codei.bitsk); printf(n

10、); return code;hufmtree* BuildHuffmanTree(hufmtree *tree)/构建叶子结点已初始化的哈夫曼树 /tree中所有叶子结点已初始化 int i,j,p1,p2,m; float small1,small2; m=2*(tree-n)-1; for (i=tree-n;inodei.parent=-1; tree-nodei.lchild=-1; tree-nodei.rchild=-1; tree-nodei.weight=0.0; for (i=tree-n;im;i+)/构建哈夫曼树 small1=small2=MAXVAL; for (j

11、=0;jnodej.parent=-1 & tree-nodej.weightnodej.weight; p1=j; for (j=0;jnodej.parent=-1 & tree-nodej.weightnodej.weight; p2=j; tree-nodep1.parent=tree-nodep2.parent=i; tree-nodei.weight=tree-nodep1.weight+tree-nodep2.weight; tree-nodei.lchild=p1; tree-nodei.rchild=p2; return tree;hufmtree* CreateHuffma

12、nTreeFromSourceFile()/通过解析源文件建立哈夫曼树 FILE *textfile,*datafile; char ch,source100; int i,j=0,n=0; float count128; /用于统计字符在源文件中出现的次数，27表示26个英文字母和1个空格字符 hufmtree *tree; /打开一个源文件 printf(n请输入源文件所在路径:n); scanf(%s,source); if (text(source,r)=NULL) printf(n找不到文件%sn,source); return NULL; for(i=0;i128;i+) coun

13、ti=0; /对源文件中各字符的个数统计 ch=fgetc(textfile); while(!feof(textfile) for(i=0;i128;i+) if (ch=char(i) counti+; break; ch=fgetc(textfile); /将统计结果写入权值信息文件data.txt中，并构建哈夫曼树 data(f:data.txt,w); for (i=0;inode=(hufmtreenode*)malloc(2*n-1)*sizeof(hufmtreenode); tree-n=n; printf(n源文件的字符集及其权值信息如下：n); for(i=0;inode

14、j.data=char(i); tree-nodej.weight=counti; tree-nodej.parent=-1; tree-nodej.lchild=-1; tree-nodej.rchild=-1; j+; SortHufmtree(tree); BuildHuffmanTree(tree); fclose(textfile); fclose(datafile); printf(n哈夫曼树建立完毕，已将权值信息保存至data.txtn); return tree;hufmtree* CreateHuffmanTreeByInput()/通过用户输入建立哈夫曼树 int n; h

15、ufmtree *tree; int i,m; FILE *datafile; tree=(hufmtree*)malloc(sizeof(hufmtree); data(f:data.txt,w); /由用户输入字符与权值信息并将其写入data.txt，同时进行哈夫曼树初始化 printf(请输入字符数：); scanf(%d,&n); if (nnode=(hufmtreenode*)malloc(2*n-1)*sizeof(hufmtreenode); tree-n=n; m=2*n-1; for (i=0;inodei.parent=-1; tree-nodei.lchild=-1;

16、tree-nodei.rchild=-1; tree-nodei.weight=0.0; fprintf(datafile,%dn,n); for (i=0;inodei.data=getche(); tree-nodei.weight=getche(); fprintf(datafile,%c,%.0fn,tree-nodei.data,tree-nodei.weight-48); fclose(datafile); /哈夫曼树构建 SortHufmtree(tree); BuildHuffmanTree(tree); printf(n哈夫曼树建立完毕，已将权值信息保存至data.txtn)

17、; return tree;hufmtree* CreateHuffmanTreeFromDataFile()/通过读取权值信息文件建立哈夫曼树 FILE *datafile; int i,n; hufmtree *tree; if (data(f:data.txt,r)=NULL) printf(n哈夫曼树尚未建立n); return NULL; /哈夫曼树初始化 fscanf(datafile,%d,&n); fgetc(datafile); tree=(hufmtree*)malloc(sizeof(hufmtree); tree-node=(hufmtreenode*)malloc(2

18、*n-1)*sizeof(hufmtreenode); tree-n=n; for (i=0;inodei.data=fgetc(datafile); fscanf(datafile,%fn,&tree-nodei.weight); tree-nodei.parent=-1; tree-nodei.lchild=-1; tree-nodei.rchild=-1; fclose(datafile); /哈夫曼树构建 SortHufmtree(tree); BuildHuffmanTree(tree); return tree;hufmtree* Encoding(hufmtree *tree)/

19、对源文件进行编码并将其输出至新文件 FILE *textfile,*codefile; char ch,source50; int i,j; Codetype *code; if (tree=NULL)/如果内存中尚未建立哈夫曼树 /试从data.txt中读取权值信息并建立哈夫曼树 tree=CreateHuffmanTreeFromDataFile(); if (tree=NULL) return NULL; /读取源文件 printf(n请输入源文件所在路径:n); scanf(%s,source); if (text(source,r)=NULL) printf(n找不到文件%sn,so

20、urce); return NULL; /打印源文件内容 printf(n源文件的原文如下：n); ch=fgetc(textfile); while(!feof(textfile) printf(%c,ch); ch=fgetc(textfile); /编码 printf(n字符集的哈夫曼编码如下：n); code=HuffmanCode(tree); /将源文件中各字符编码并写入codefile code(f:Code,w); fseek(text); ch=fgetc(textfile); while (!feof(textfile) for(i=0;in;i+) if (ch=tree

21、-nodei.data) for(j=codei.start+1;jn;j+) fputc(codei.bitsj,codefile); break; if (i=tree-n)/在哈夫曼树树中找不到与文本内容里对应的字符 printf(n字符%c不在哈夫曼树中，不能正确编码。n,ch); fclose(codefile); return NULL; ch=fgetc(textfile); fclose(codefile); /提示成功信息并打印代码 printf(n编码成功,已将代码写入Code,代码如下：n); code(f:Code,r); ch=fgetc(codefile); whi

22、le(!feof(codefile) printf(%c,ch); ch=fgetc(codefile); printf(n); fclose(textfile); fclose(codefile); return tree;void Decoding(hufmtree *tree)/对编码文件进行译码并将其输出至新文件 FILE *codefile,*decodefile; char ch,code100; int i; if (tree=NULL)/如果尚未建立哈夫曼树 /试从data.txt中读取权值信息并建立哈夫曼树 tree=CreateHuffmanTreeFromDataFile

23、(); if (tree=NULL) return ; /打开编码文件 printf(n请输入代码文件所在路径:n); scanf(%s,code); if (code(code,r)=NULL) printf(n找不到文件%sn,code); return; /打印编码文件的正文 printf(n代码文件原文如下：n); ch=fgetc(codefile); while(!feof(codefile) printf(%c,ch); ch=fgetc(codefile); /进行译码并将译文写入DecodeFile decode(f:Decode,w); fseek(code); ch=fg

24、etc(codefile); while(!feof(codefile) for(i=2*tree-n-2;tree-nodei.lchild=0 & tree-nodei.rchild=0 & ch!=EOF;) if(ch=0) i = tree-nodei.lchild; else if(ch=1) i = tree-nodei.rchild; else /printf(n存在异常字符%c，不能正确译码。n,ch); return ; if (i=-1)/在哈夫曼树中找不到对应叶子结点 printf(n编码与当前哈夫曼树结构不相符，不能正确译码。n,ch); fclose(decodef

25、ile); return; ch=fgetc(codefile); if (tree-nodei.lchild=0 & tree-nodei.rchild=0) /寻找叶子结点的过程中突然读到了文件尾 printf(n代码文件编码内容不完整，不能完整译码。n,ch); fclose(decodefile); return; fputc(tree-nodei.data,decodefile); fclose(decodefile); /提示成功信息并打印译文 printf(nn译码成功，译文已保存至Decoden); printf(译文如下：n); decode(f:Decode,r); ch=fgetc(decodefile); while(!feof(decodefile) printf(%c,ch); ch=fgetc(decodefile); printf(n); fclose(codefile); fcl