长春大学课程设计(哈夫曼)

长春大学

课程设计说明书

题目名称哈夫曼编码/ 译码器

院（系）计算机科学与技术

专业（班级）网络五班

学生姓名董迎顺

指导教师朱德新

起止日期2015.9.7-2015.9.11

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊目录

1.设计目的与任务 (1)

2.算法设计 (3)

2.1设计思想 (3)

2.2设计表示 (3)

3.用户手册 (4)

4.测试数据及测试结果 (5)

5.课程设计总结 (9)

程序清单 (9)

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1.设计目的与任务

1.1设计目的：

（1）了解并掌握数据结构与算法的设计方法，具备初步的独立分析和设计力；

（2）初步掌握软件开发过程的问题分析、系统设计、程序编码、测试等基本方法和技能；

（3）提高综合运用所学的理论知识和方法独立分析和解决问题的能力；（4）训练用系统的观点和软件开发一般规范进行软件开发，培养软件工作者所具备的科学的工作方法和作风。

1.2 设计任务：

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。

2.算法设计

2.1设计思想

（1）数据结构设计

对问题描述中涉及的操作对象定义相应的数据类型，并按照以数据结构

为中心的原则划分模块，定义主程序模块和各抽象数据类型。

本程序定义了相应的结构体变量，包括weight权值，parent双亲结点，lchild左孩子，rchild右孩子。通过结构体构建哈夫曼树，实现哈夫曼的编码和译码功能。

结构体变量如下：

typedef struct//结构体

{

char data;

int weight; //权值

int parent;//双亲结点

int lchild;//左孩子

int rchild;右孩子

}HTNode;

HTNode ht[80];

功能：该结构体储存相关数据包括输入的权值weight，构建哈夫曼树所需要的双亲parent，左孩子lchild，右孩子rchild。同时建立结构体数组HTNode ht[80];

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

typedef struct

{

char cd[30]; //字符串

int start;

}

HCode;

HCode hcd[80];

功能：该结构体储存输入的字符。

（2）算法设计

本程序在运行过程中用到的算法是哈弗曼算法，它是由n个带权叶子结点构成的所有二叉树中带权路径长度最短的二叉树，根据给定的n个权值构成n 棵二叉树的集合，其中每棵二叉树中只有一个带权weight的根结点，左右子树均空，选择两棵根结点权值最小的树作为左右子树构造一棵新的二叉树，且至新的二叉树的根结点的权值为其左右子树上根结点的权值之和，即为哈夫曼树算法。本程序先定义结构体，通过创建哈弗曼树，对输入的字符进行编码和译码。

2.2设计表示

（1）函数调用关系图及其说明如下：

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊（2）函数接口说明：

函数中的参数均是使用的全局变量的传递，因而在函数间进行传递的过程中比较简单，下面就将主要函数及他们之间的参数的关系列出如下：void CodeInput(int n,HTNode ht[])//输入字符及权值进行哈夫曼编码

void CreateHCode( HTNode ht[] , HCode hcd[] , int n )//进行哈夫曼编码

void CodeOutput( int n , HCode hcd[] )函数输出哈夫曼编码。

void shuchu(HCode hcd[] , int n)//输出哈夫曼树

void save( int n)// 将其存入data.text文件中

3.用户手册

点击运行程序，在弹出的窗口中，会提示要输入的信息：

（1）界面信息：

显示5个选项，分别为

1：输入哈夫曼树

2：哈夫曼编码

3：显示哈夫曼树

4：哈夫曼权值存储

5：退出。

（2）操作：用户输入界面的1-5选项，若输入其他选项则提示（"输入有误! 请输入<1 -- 5>选项），程序分别调用相关函数。

（3）用户需要输入哈夫曼树，程序会生成哈夫曼编码和哈夫曼树并显示在屏幕上，可以对哈夫曼权值保存。当退出时，选择5 直接退出。

4.测试数据及测试结果

测试数据如下：

a s d f g h

7 8 9 4 5 2

程序运行结果如下:

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

图1：菜单显示界面，选择操作类型。

图2：选择1，输入哈夫曼树，先输入所有字符然后输入权值。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊图3：选择2，输出哈夫曼编码。图4：选择3，显示哈夫曼树。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊图5：选择4，保存哈夫曼权值到"d:\\data.txt"。

图6：选择5，退出程序。

5.课程设计总结

在这次课程设计过程中，遇到了很多困难，之前对哈夫曼算法不是很了解，在编写源代码时有很多知识都忘了，多次翻阅课本学习，网上查找相关资料，使得编写的效率很慢。调试程序的过程中，出现了很多错误，逐个分析每一个错误，我学到了很多东西，比如一些课上没有懂的知识，我通过实践搞懂了，

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊而且通过此次的课程设计，让我更深入的理解数据结构，并且还运用了以前所学的有关C语言的知识，并且应用到我的程序中去，对哈夫曼树也有了更深的了解，并且真正会用这种算法了，通过不断的改正错误，我的程序有了更高的质量。在编写的时候也犯了很多不该犯的错误，不过我及时纠正了，遗憾的是，我的程序功能不是很全，某些部分没有按照要求去做，说明我的编程能力有待提高。

程序清单

#include

#include

#include

typedef struct//结构体

{

char data;

int weight; //权值

int parent; //双亲结点

int lchild; //左孩子

int rchild; //右孩子

}HTNode;

HTNode ht[80];

typedef struct

{

char cd[30];

int start;

}HCode;

HCode hcd[80];

void CreateHT( HTNode ht[] , int n ) //创建哈弗曼树

{

int i , k , lnode, rnode ;

int min1 , min2 ;

for ( i = 0 ; i < 2*n-1 ; i++ )

{

ht[i].parent = ht[i].lchild = ht[i].rchild = 0;

}

for ( i = n ; i < 2*n-1 ; i++ )

{

min1 = min2 = 9999;

lnode = rnode = 0;

for ( k=0 ; k <= i-1; k++)

if ( ht[k].parent == 0)

{

if (ht[k].weight < min1)

{

min2 = min1;

min1 = ht[k].weight;

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊

rnode = lnode;

lnode = k;

}

else if ( ht[k].weight < min2)

{

min2 = ht[k].weight;

rnode = k;

}

}

ht[lnode].parent = i;

ht[rnode].parent = i;

ht[i].weight = ht[lnode].weight + ht[rnode].weight;

ht[i].lchild = lnode;

ht[i].rchild = rnode;

}

}

void CreateHCode( HTNode ht[] , HCode hcd[] , int n )//进行哈夫曼编码 {

int i , f , c;

HCode hc;

for( i = 0 ; i < n; i++)

{

hc.start = n;

c = i;

f = ht[i].parent;

while (f != 0)

{

if( ht[f].lchild == c)

{

hc.cd[hc.start--] = '0';

}

else

{

hc.cd[hc.start--] = '1';

}

c=f ;

f=ht[f].parent;

}

hc.start++;

hcd[i] = hc;

}

}

void CodeInput(int n,HTNode ht[])//输入字符及权值进行哈夫曼编码{

int i;

char ch[30];

scanf( "%s" , ch );

for ( i=0 ; i

{

scanf( "%ld" , &ht[i].weight );

}