数据结构课程设计赫夫曼编码.docx

1、数据结构课程设计赫夫曼编码中南民族大学数据结构课程设计报告* * * 年 级： 2010 学 号： *4 专 业：计算机科学与技术 * * 2013年4月15日实习报告： 赫夫曼编/译码器题目：为信息收发站写一个赫夫曼码的编/译码系统班级：计科一班 姓名：康宇 学号：*4 完成日期：2013.4.5 一、需求分析1、问题描述：利用赫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，在接收端讲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），每端都需要一个完整的编/译码系统。2、基本要求：（1）I:

2、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，建立赫夫曼树，并将它存于文件hfmTree中。（2）E：编码（Encoding）。利用已建好的赫夫曼树，对文件ToBeTran中的正文进行编码，然后将结果存入文件CodeFile中。（3）D:译码（Decoding）。利用已建好的赫夫曼树将文件CodeFile中的代码进行译码，结果存入文件TextFile中。（4）P:印代码文件（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:印赫夫曼树（Tree Printing）

3、。将已在内存中的赫夫曼树以直观的方式（树或凹入表形式）显示在终端上，同时将此字符形式的赫夫曼树写入文件TreePrint中。3、实现提示：（1）编码结果以文本方式存储在文件CodeFile中。（2）用户界面可以设计为“菜单”方式：显示上述功能符号，再加上“Q”，表示退出运行Quit。请用户键入一个选择功能符。此功能执行完毕后再显示此菜单，直至某次用户选择了“Q”为止。二、概要设计1.元素类型：typedef struct int weigt;/权值 int parent,lchild,rchild;/双亲，左孩子，右孩子HTNode,*HuffmanTree;typedef char* Huf

4、fmanCode;/存放各个字符的前缀编码2.本程序包括六个大板块：（1）主程序： int main() 输出菜单；选择功能选项并调用对应的函数； （2）初始化函数： void Initialization(HuffmanTree &ht,FILE *fp) 安全打开文件；输入字符数量以及各字符及其权值；对各节点进行初始化；创建赫夫曼列表；（需要调用Select()函数选择权职最小的两个节点） void Select(HuffmanTree &ht,int i,int &s_1,int &s_2)找出第一个非零结点；找出第二个非零结点；遍历比较找出权值最小的两个节点；（3）编码函数：void

5、Encoding(HuffmanTree &ht,HuffmanCode &hc,FILE *fp1,FILE *fp2)安全打开文件；for:1 n,双亲不为空If(为左孩子)str-start=0;elsestr-start=1;储存各字符的编码；从文件中读取正文；依次遍历正文各字符，显示其编码；（4）译码函数：void Decoding(HuffmanTree &ht,HuffmanCode &hc,FILE *fp1,FILE *fp2)安全打开文件；While（成功读取字符）遍历目前的编码中是否有对应的字符；if(有)输出该字符；else跳到循环体首；（再次读入一个字符再判断）（5）

6、印代码文件：void Print(FILE *fp1,FILE *fp2)安全打开文件；从文件中读取字符，50个一行输出；（6）印赫夫曼树：void Treeprinting(HuffmanTree ht)安全打开文件；调用print_tree(ht,root)函数；void print_tree(HuffmanTree ht, int r)if(存在节点)深度+1；递归调用print_tree(ht,htr.rchild);/先输出右子树用深度控制格式；输出对应的字符；递归调用print_tree(ht,htr.lchild);/再输出左子树深度-1三、详细设计#include #inclu

7、de #include typedef struct int weigt; int parent,lchild,rchild;HTNode,*HuffmanTree;typedef char* HuffmanCode;/存放各个字符的前缀编码/此全局文件指针用于输出赫夫曼树到对应文件，便于调用递归FILE *TreePrint=NULL;char *s;/存放各字符int *w;/存放各字符的权值int n;int m;int dep=0;/存放各字符的深度void Select(HuffmanTree &ht,int i,int &s_1,int &s_2)/挑选出权值最小的两个结点 int

8、 j; for(j=1;j=i;j+)/找出第一个非零结点 if(htj.parent=0) s_1=j; break; for(j=s_1+1;j=i;j+)/找出第二个非零结点 if(htj.parent=0) s_2=j; break; for(j=1;j=i;j+)/遍历出权值最小的两个结点 if(htj.parent=0)/必须要判断双亲是否为空 if(htj.weigthts_1.weigt&htj.weigthts_2.weigt) s_2=j; void Initialization(HuffmanTree &ht,FILE *fp) int i,s1,s2; if(fp=fo

9、pen(hfmTree.txt,w)=NULL)/安全打开文件 printf(File hfmTree.txt cannot opened.n); exit(1); /输入各字符以及权值 printf(请输入字符集大小n :); scanf(%d,&n); s=(char *)malloc(n*sizeof(char); w=(int *)malloc(n*sizeof(int); printf(请输入各字符：n); getchar(); /getchar();/处理换行符 /scanf(%s,s); gets(s); printf(请输入各字符对应的权值：n); for(i=0;in;i+)

10、 scanf(%d,&wi); if(n=1) return; m=2*n-1;/节、结点的个数 ht=(HuffmanTree)malloc(m+1)*sizeof(HTNode); for(i=1;i=n;i+)/分别对各结点赋值 hti.weigt=wi-1; hti.parent=hti.lchild=hti.rchild=0; for(i=n+1;i=m;i+) hti.weigt=hti.parent=hti.lchild=hti.rchild=0; /构建赫夫曼树 for(i=n+1;i=m;i+) Select(ht,i-1,s1,s2);/选出权值最小的叶子节点 hts1.p

11、arent=hts2.parent=i; hti.lchild=s1; hti.rchild=s2; hti.weigt=hts1.weigt+hts2.weigt;/构建新结点的权值 /输出赫夫曼列表 printf(赫夫曼列表为：n); for(i=1;i=n;i+)/叶子节点 fprintf(fp,t%ct%dt%dt%dt%dn,si,hti.weigt,hti.parent,hti.lchild,hti.rchild); printf(t%ct%dt%dt%dt%dn,si-1,hti.weigt,hti.parent,hti.lchild,hti.rchild); for(i=n+1

12、;i=m;i+)/非叶子节点 fprintf(fp,t t%dt%dt%dt%dn,hti.weigt,hti.parent,hti.lchild,hti.rchild); printf(t t%dt%dt%dt%dn,hti.weigt,hti.parent,hti.lchild,hti.rchild); fclose(fp);void Encoding(HuffmanTree &ht,HuffmanCode &hc,FILE *fp1,FILE *fp2)/编码 int i,j,c,f,start; char *str;/用于存放编码 char data100;/用于存放文件正文字符 if

13、(fp1=fopen(ToBeTran.txt,r)=NULL) printf(File ToBeTran.txt cannot opened.n); exit(1); if(fp2=fopen(CodeFile.txt,w)=NULL) printf(File CodeFile.txt cannot opened.n); exit(1); /根据赫夫曼树得到各字符对应的编码 hc=(HuffmanCode)malloc(n+1)*sizeof(char *); str=(char *)malloc(n*sizeof(char);/n个字符中的最长的编码个数为n-1 strn-1=0;/编码从

14、后开始往前存放 for(i=1;i=n;i+) start=n-1; for(c=i,f=hti.parent;f!=0;c=f,f=htf.parent)/由下而上取字符的对应编码 if(htf.lchild=c)/为左子树 str-start=0; else/为右子树 str-start=1; hci=(char *)malloc(n-start)*sizeof(char); strcpy(hci,&strstart);/赋值对应字符的编码 printf(各字符串的编码为：n); for(i=1;i=n;i+) printf(%sn,hci); /对文件正文进行编码 /fscanf(fp1

15、,%s,data); fgets(data,500,fp1);/读取正文 printf(文件正文为：); printf(%s,data); printf(n文件ToBeTran中的正文编码为：n); for(i=0;istrlen(data);i+) for(j=0;jn;j+) if(datai=sj)/依次遍历出正文各字符的编码，并存储到文件中 printf(%s,hcj+1); fprintf(fp2,%s,hcj+1); break; printf(n); free(str); fclose(fp1); fclose(fp2);void Decoding(HuffmanTree &ht

16、,HuffmanCode &hc,FILE *fp1,FILE *fp2) int i,j; bool flag; char ch; char *data=(char *)malloc(n*sizeof(char);/临时存放赫夫曼码 if(fp1=fopen(CodeFile.txt,r)=NULL) printf(File CodeFile.txt cannot opened.n); exit(1); if(fp2=fopen(TextFile.txt,w)=NULL) printf(File TextFile.txt cannot opened.n); exit(1); /进行译码 pr

17、intf(文件译码为：n); while(fscanf(fp1,%c,&ch)!=EOF)/有编码可读取 flag=true;/控制循环 i=0; while(flag) if(i!=0) fscanf(fp1,%c,&ch); datai+=ch; datai=0; for(j=1;j=n;j+) if(!strcmp(data,hcj)/如果找到匹配的字符编码 printf(%c,sj-1); fprintf(fp2,%c,sj-1); flag=false; break; fclose(fp1); fclose(fp2);void Print(FILE *fp1,FILE *fp2) c

18、har ch; int sum=0; if(fp1=fopen(CodeFile.txt,r)=NULL) printf(File CodeFile.txt cannot opened.n); exit(1); if(fp2=fopen(CodePrin.txt,w)=NULL) printf(File CodePrin.txt cannot opened.n); exit(1); /从CodeFile中读取出来输出到CodePrin中 printf(文件字符为：n); while(fscanf(fp1,%c,&ch)!=EOF) sum+; printf(%c,ch); fprintf(fp

19、2,%c,ch); if(sum%50=0)/50个字符一行 printf(n); fprintf(fp2,n); fclose(fp1); fclose(fp2);void print_tree(HuffmanTree ht, int r) /左倒置90度输出到文件和终端上 if(r) dep+;/控制叶子节点的深度 print_tree(ht,htr.rchild);/先输出右子树 for(int i=1;in) printf(On); fprintf(TreePrint,On); else printf(%cn,sr-1); fprintf(TreePrint,%cn,sr-1); pr

20、int_tree(ht,htr.lchild);/再输出左子树 dep-; void Treeprinting(HuffmanTree ht) int root;/根结点 if(TreePrint=fopen(TreePrint.txt,a)=NULL)/进行数据追加 printf(File TreePrint.txt cannot opened.n); exit(1); root=m; printf(赫夫曼树为：n); print_tree(ht,root); fclose(TreePrint);/及时关闭文件int main() int choose; FILE *hfmTree=NULL

21、,*ToBeTran=NULL,*CodeFile=NULL,*TextFile=NULL,*CodePrin=NULL; HuffmanTree huftree=NULL;/指针初始化 HuffmanCode hufcode=NULL; while(1) printf(n-赫夫曼编/译码器菜单-n); printf(1-Initialization(初始化)n); printf(2-Encoding(编码)n); printf(3-Decoding(译码)n); printf(4-Print(印代码文件)n); printf(5-Treeprinting(印赫夫曼树)n); printf(0

22、-Quit(退出)n); printf(-n); printf(请选择功能：); scanf(%d,&choose); switch(choose) case 1: Initialization(huftree,hfmTree); break; case 2: Encoding(huftree,hufcode,ToBeTran,CodeFile); break; case 3: Decoding(huftree,hufcode,CodeFile,TextFile); break; case 4: Print(CodeFile,CodePrin); break; case 5: Treeprin

23、ting(huftree); break; case 0: printf(退出！n); exit(1); default: printf(请重新输入！n); free(hfmTree); free(ToBeTran); free(CodeFile); free(TextFile); free(CodePrin); free(TreePrint); return 0;四、调试分析1.本次作业还是有一定的难度的，核心算法在于怎样建立赫夫曼树以及怎样由赫夫曼树得到前缀编码。如果这两个问题解决后，问正文进行编码或译码就很简单了，还有一个难点是：怎样把赫夫曼树以树状的形式输出。对文件的调用也要引起注意，小心调用。2.本程序模块简洁，在main()函数里得到充分体现，菜单显示各功能，各函数功能独立性强，便于修改。3.用户可任意输入字符个数以及各字符权值，便于用户体验系统的完整性。本程序具有一定的普遍性。五、用户手册1.本程序运行环境为Windows操作系统，执行文件为：赫夫曼编译码.exe2.进入演示程序后显示的界面：六、测试结果