数据实验报告书-哈夫曼树与哈夫曼编码

《数据结构》

实

验

报

告

书

实验内容：哈夫曼树与哈夫曼编码

201100814***

计科111 ***

前言

计算机编程中加工处理的对象是数据，而数据具有一定的组织结构，所以学习计算机编程仅仅了解计算机语言是不够的，还必须掌握数据的组织、存储和运算的一般方法，这便是数据结构课程中所研究的内容，也是我们编写计算机程序的重要基础，由于它对计算机学科起到承前启后的作用，因此本课程被列为计算机等相关专业最重要的专业基础课；同时数据结构是计算机专业教学的一门核心课程。计算机各领域都要用到各种数据结构，而且要从事计算机科学与技术工作，尤其是计算机领域的软件开发工作，必须具备较强的数据结构基础。

数据结构课程内容丰富、学习量大，实践性强；隐含在各部分内容中的方法和技术多；算法设计具有动态性和抽象性等特点，看懂听明白与掌握会应用之间有相当大的一段距离。所以学生必须多实践才能进一步加深对课程的理解，理解和掌握算法设计所需的方法和技术，为整个专业学习打下良好的基础。

一、实验目的

1、使学生熟练掌握哈夫曼树的生成算法。

2、熟练掌握哈夫曼编码的方法。

二、实验内容

[问题描述]

已知n个字符在原文中出现的频率，求它们的哈夫曼编码。

[基本要求]

1. 初始化：从键盘读入n个字符，以及它们的权值，建立Huffman

树。（具体算法可参见教材P147的算法 6.12）

2. 编码：根据建立的Huffman树，求每个字符的Huffman编码。

对给定的待编码字符序列进行编码。[选作内容]

１. 译码：利用已经建立好的Huffman树，对上面的编码结果译码。

译码的过程是分解电文中的字符串，从根结点出发，按字符’0’和’1’确定找左孩子或右孩子，直至叶结点，便求得该子串相应的字符。

4. 打印 Huffman树。

［测试数据］

利用教材P.148 例6－2中的数据调试程序。可设8种符号分别为A,B,C,D,E,F,G,H。编/译码序列为“CFBABBFHGH”(也可自己设定数据进行测试)。

［实验前的准备工作］

1、掌握树的逻辑结构。

2、掌握哈夫曼树的定义及生成算法。

3、掌握哈夫曼编码的方法。

［实验报告要求］

1、实验报告要按照实验报告格式规范书写。

2、实验上要写出多批测试数据的运行结果。

3、结合运行结果，对程序进行分析。

三、算法设计

1、程序所需头文件已经预处理宏定义以及变量如下

#include

#include

#include

#include

typedef struct node

{

char ch;

int data;

struct node *parent;

struct node *lchild,*rchild,*next;

}hufnode;

typedef hufnode* linkhuf;

typedef struct HFcode

{

char ch;

int data;

int code[20];

int top;

}tagHFcode;

linkhuf insert(linkhuf root,linkhuf s)

{

linkhuf p1,p2;

if(root == NULL)

root = s;

else

{

p1 = NULL;

p2 = root;

while(p2 && p2->data < s->data)

{

p1 = p2;

p2 = p2->next;

}

s->next = p2;

if(p1 == NULL) root = s; else p1->next = s;

}

return root;

}

2、创建哈夫曼树

void createhuffman(linkhuf *root)

{

linkhuf s,r1,rr;

while(*root && (*root)->next)

{

r1 = *root;

rr = (*root)->next;

*root = rr->next;

s = (linkhuf)malloc(sizeof(hufnode));

s->next = NULL;

s->data = r1->data + rr->data;

s->parent = NULL;

s->lchild = r1;

s->rchild = rr;

r1->parent = s;

rr->parent = s;

r1->next = rr->next = NULL;

*root = insert(*root,s);

}

}

void inorder(linkhuf t)

{

if(t)

{

inorder(t->lchild);

printf("%5d",t->data);

inorder(t->rchild);

}

}

3、哈夫曼编码

void HFcoding(linkhuf root,linkhuf temp,tagHFcode HFcode[],int *leaftop) {

if(root != NULL)

{

if(root->lchild == NULL && root->rchild == NULL)

{

temp = root;

HFcode[(*leaftop)].top = 0;

HFcode[(*leaftop)].ch = root->ch;

HFcode[(*leaftop)].data = root->data;

//HFcode[(*leaftop)].data = root->data;

//HFcode[(*leaftop)].ch = root->ch;

while(temp->parent != NULL)

{

if(temp->parent->lchild == temp)

HFcode[(*leaftop)].code[HFcode[(*leaftop)].top] = 0;

else

HFcode[(*leaftop)].code[HFcode[(*leaftop)].top] = 1;

HFcode[(*leaftop)].top++;

temp = temp->parent;

}

(*leaftop)++;

}

HFcoding(root->lchild,temp,HFcode,leaftop);

HFcoding(root->rchild,temp,HFcode,leaftop);

}

}

4、输出求得的哈夫曼编码

void OutCoding(tagHFcode HFcode[],int leaftop)

{

int i,j=0;

for(i=0;i

{

printf("%d\t",HFcode[i].data);

j = HFcode[i].top - 1;

while(j>=0 )

{

printf("%d",HFcode[i].code[j]);

j--;

}

printf("\n");

}

}

四、调试与测试

我们开始测试数据：

如输入：A B C D E F G H

输出结果如图

说明我们成功的完成了程序。

五、总结

通过做这次实验，发现自己在数据结构这门课中还有很多不足有很多知识还没掌握，所以在写程序的时候出现了很多的错误，及还有很多的知识不以灵活运用，特别是对栈和队列的操作问题。

因为以前C语言没有掌握好，所以这次做本次实验还是有点吃力，刚开始完全没有思，后来经过查找资料，在自己的努力下和同学的帮助下，终于完了本次实验。

此次实验发现的自己的不足，我相信在以后的学习中，我会更加的努力。

六、源代码

#include

#include

#include

#include

typedef struct node

{

char ch;

int data;

struct node *parent;

struct node *lchild,*rchild,*next;

}hufnode;

typedef hufnode* linkhuf;

typedef struct HFcode

{

char ch;

int data;

int code[20];

int top;

}tagHFcode;

linkhuf insert(linkhuf root,linkhuf s)

{

linkhuf p1,p2;

if(root == NULL)

root = s;

else

{

p1 = NULL;

p2 = root;

while(p2 && p2->data < s->data)

{

p1 = p2;

p2 = p2->next;

}

s->next = p2;

if(p1 == NULL) root = s; else p1->next = s; }

return root;

}

void createhuffman(linkhuf *root)

{

linkhuf s,r1,rr;

while(*root && (*root)->next)

{

r1 = *root;

rr = (*root)->next;

*root = rr->next;

s = (linkhuf)malloc(sizeof(hufnode));

s->next = NULL;

s->data = r1->data + rr->data;

s->parent = NULL;

s->lchild = r1;

s->rchild = rr;

r1->parent = s;

rr->parent = s;

r1->next = rr->next = NULL;

*root = insert(*root,s);

}

}

void inorder(linkhuf t)

{

if(t)

{

inorder(t->lchild);

printf("%5d",t->data);

inorder(t->rchild);

}

}

void HFcoding(linkhuf root,linkhuf temp,tagHFcode HFcode[],int *leaftop) {

if(root != NULL)

{

if(root->lchild == NULL && root->rchild == NULL)

{

temp = root;

HFcode[(*leaftop)].top = 0;

HFcode[(*leaftop)].ch = root->ch;

HFcode[(*leaftop)].data = root->data;

while(temp->parent != NULL)

{

if(temp->parent->lchild == temp)

HFcode[(*leaftop)].code[HFcode[(*leaftop)].top] = 0; else

HFcode[(*leaftop)].code[HFcode[(*leaftop)].top] = 1; HFcode[(*leaftop)].top++;

temp = temp->parent;

}

(*leaftop)++;

}

HFcoding(root->lchild,temp,HFcode,leaftop);

HFcoding(root->rchild,temp,HFcode,leaftop);

}

}

//输出求得的哈夫曼编码

void OutCoding(tagHFcode HFcode[],int leaftop)

{

int i,j=0;

for(i=0;i

{

printf("%d\t",HFcode[i].data);

j = HFcode[i].top - 1;

while(j>=0 )

{

printf("%d",HFcode[i].code[j]); j--;

}

printf("\n");

}

}

int main()

{

tagHFcode HFcode[20];

linkhuf f = NULL;

linkhuf temp = NULL;

linkhuf p[6];

int i;

int a[20];

char ch;

int leaftop = 0;

printf("请输入各节点的节点值和权值：\n");

for(i=0;i<7;i++)

{

p[i] = (linkhuf)malloc(sizeof(hufnode)); scanf("%c",&(p[i]->ch));

getchar();

scanf("%d",&(p[i]->data));

p[i]->lchild = NULL;

p[i]->rchild = NULL;

p[i]->next = NULL;

f = insert(f,p[i]);

}

createhuffman(&f);

printf("\n\n\n");

printf("中序遍历hufman树的结果为：\n");

inorder(f);

HFcoding(f,temp,HFcode,&leaftop);

printf("\nhuffman编码为:\n");

OutCoding(HFcode,leaftop);

printf("\n");

system("pause");

return 0;

}