哈夫曼树

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对本课程设计的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

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特此声明。

签名：年月日目录一．需求分析 (3)1.问题描述 (3)2.功能要求 (3)二．系统总框图和功能模块说明.41.系统总框图 (4)2.功能模块说明 (4)2.功能模块说明 (4)3.系统设计 (4)3.1主要链表 (4)3.2主要功能函数 (6)3.3关键函数的流程图 (6)4.系统调试： (9)5.总结 (13)6.源程序： (13)一．需求分析哈夫曼编/译码器1.问题描述利用哈夫曼编码进行信息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，在接收端将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。

试为这样的信息收发站写一个哈夫曼编/译码系统。

2.功能要求I：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，建立哈夫曼树，并将它存于文件hfmTree中。

E：编码（Encoding）。

利用已建好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件htmTree中读入），对文件ToBeTran中的正文进行编码，然后将结果存入文件CodeFile中。

D：译码（Decoding）。

利用已建好的哈夫曼树将文件CodeFile中的代码进行译码，结果存入文件TextFile中。

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写入文件CodePrint中。

T：印哈夫曼树（Tree Printing）。

将已在内存中的哈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哈夫曼树写入文件TreePrint中。

二．系统总框图和功能模块说明图1. 系统总框图2.功能模块说明（1）.初始化； Initialization(LiHTNode *&ht)；（2）.编码； Encoding(LiHTNode *&ht,LeafCode *&lc)；（3）.译码； Decoding(LeafCode *&lc)；（4）.印代码模块； Print()；（5）.印哈夫曼树。

Tree_Printing(LiHTNode *&ht)；3.系统设计3.1主要链表struct LiHTNode //用于建立哈夫曼树{char data; //节点double weight; //权值char code; //编码LiHTNode *parent; //双亲LiHTNode *lchild; //左孩子LiHTNode *rchild; //右孩子};存储结构如图所示图2. 哈夫曼树节点存储结构struct LeafCode //用于存储叶子节点和哈夫曼编码{char leaf; //叶子char code[N]; //叶子到根节点的编码串int top; //栈顶指针LeafCode *next;};存储结构如图所示图3. 叶子哈夫曼编码存储结构3.2主要功能函数Initialization(LiHTNode *&ht) //初始化Encoding(LiHTNode *&ht,LeafCode *&lc) //编码 Decoding(LeafCode *&lc) //译码Print() //印代码模块Tree_Printing(LiHTNode *&ht) //印哈夫曼树3.3关键函数的流程图（1）. Initialization(LiHTNode *&ht) //初始化图4. 初始化（2）. Encoding(LiHTNode *&ht,LeafCode *&lc) //编码图5. 编码（3）. Decoding(LeafCode *&lc) //译码图6. 译码（4）. Print() //印代码模块图7. 印代码模块（5）. Tree_Printing(LiHTNode *&ht) //印哈夫曼树图8. 印哈夫曼树4.系统调试：（1）.调试结果如下：图9. 调试结果（2）.终端显示如下：图10. 终端显示图11. 终端显示图12. 终端显示（3）.各文件如下：1).文件hfmTree.txt2）.文件ToBeTran.txt3).文件CodeFile.txt图15. 文件CodeFile.txt4).文件TextFile.txt图16. 文件TextFile.txt 5）.文件Codeprint.txt图17. 文件Codeprint.txt6).文件TreePrint.txt图18. 文件TreePrint.txt5.总结本程序为哈夫曼编/译器的制作，主要是对文件的操作，在创建哈夫曼树的过程中有点难度，创建哈夫曼编码时也有一定难度，译码时不难；但是在用凹入表形式打印哈夫曼树时，有点难度。

通过本程序，我对二叉树的递归操作更加熟练了，对了解并掌握了树和二叉树这一章节的内容，尤其是二叉树。

6.源程序：#include<iostream.h>#include<fstream.h>#define N 150 //存放哈夫曼编码的最大长度#define M 200 //存放字符的最大长度#define Max 1000 //存放原文的哈夫曼编码的最大长度struct LiHTNode{char data; //节点double weight; //权值char code; //编码LiHTNode *parent; //双亲LiHTNode *lchild; //左孩子LiHTNode *rchild; //右孩子};struct LeafCode{char leaf; //叶子char code[N]; //叶子到根节点的编码串int top; //栈顶指针LeafCode *next;};void DisplayHT(LiHTNode *&ht) //哈夫曼树的输出{LiHTNode *p=ht;ofstream out("F:\\hfmTree.txt",ios::out|ios::app);if(p!=NULL){out<<p->data<<" "<<p->weight<<" ";if(p->parent!=NULL){out<<p->parent->weight<<" ";}else{out<<"NULL"<<" ";}if(p->lchild!=NULL){out<<p->lchild->weight<<" ";}else{out<<"NULL"<<" ";}if(p->rchild!=NULL){out<<p->rchild->weight<<"\n";}else{out<<"NULL"<<"\n";}DisplayHT(p->lchild);DisplayHT(p->rchild);}out.close();}void Initialization(LiHTNode *&ht) //初始化{LiHTNode *p,*q,*g;int temp;char ch;ht=new LiHTNode;ht->parent=NULL;ht->lchild=NULL;ht->rchild=NULL;ht->data=0;ht->weight=0;p=ht;for(int i=1;i<=128;i++) //存储ASCLL码字符作为哈夫曼树的叶子，权值设为对应ASCLL码{p->parent=new LiHTNode;p=p->parent;p->data=i;p->weight=i;p->lchild=NULL;p->rchild=NULL;p->parent=NULL;}p=ht;q=p->parent;while(p->parent!=NULL) //对权值大小进行排序{while(q!=NULL){if(p->weight>q->weight){temp=p->weight;ch=p->data;p->weight=q->weight;p->data=q->data;q->weight=temp;q->data=ch;q=q->parent;}p=p->parent;q=p->parent;}p=ht;q=p->parent;while(p->parent!=NULL) //哈夫曼树的构造{g=new LiHTNode;g->lchild=p;g->rchild=q;g->parent=q->parent;p->parent=g;q->parent=g;g->weight=p->weight+q->weight;p=g;q=p->parent;while(q!=NULL){if(g->weight<q->weight){ht=g->parent;g->parent=q;p->parent=g;g=ht;break;}if(q->parent==NULL&&g->weight>q->weight)ht=g->parent;g->parent=q->parent;q->parent=g;g=ht;break;}p=q;q=q->parent;}p=g;q=p->parent;}ht=g;ofstream out("F:\\hfmTree.txt",ios::out);out<<"节点\t权重\t双亲权重\t左孩子权重\t右孩子权重\n";out.close();DisplayHT(ht); //输出哈夫曼树各个节点以及权重}void CreateHCode(LiHTNode *&ht) //哈夫曼编码的创建{LiHTNode *p=ht;if(p!=NULL){if(p->lchild!=NULL){p->lchild->code='0';}if(p->rchild!=NULL){p->rchild->code='1';}CreateHCode(p->lchild);CreateHCode(p->rchild);}}void FindLeaf(LiHTNode *&ht,LeafCode *&lc) //查找叶子节点{LiHTNode *p=ht,*g;LeafCode *q=lc;while(q->next!=NULL)q=q->next;if(p!=NULL){if(p->lchild==NULL&&p->rchild==NULL){q->next=new LeafCode;q=q->next;q->next=NULL;q->leaf=p->data;g=p;q->top=-1;while(g->parent!=NULL){q->top++;q->code[q->top]=g->code;g=g->parent;}cout<<p->data<<":"<<p->weight<<"\t";}FindLeaf(p->lchild,q);FindLeaf(p->rchild,q);}}void Encoding(LiHTNode *&ht,LeafCode *&lc) //编码{LiHTNode *p=ht;int temp,i=0,k;char str[M],ch;CreateHCode(p);cout<<"叶子以及权重的形式为（叶子：权重）："<<endl;FindLeaf(ht,lc);LeafCode *q=lc->next;ifstream in("F:\\ToBeTran.txt",ios::in);while(in.get(ch)){str[i]=ch;i++;}k=i;in.close();cout<<endl;ofstream out("F:\\CodeFile.txt",ios::out);for(i=0;i<k;i++){q=lc->next;while(q!=NULL){if(str[i]==q->leaf){temp=q->top;while(temp!=-1){out<<q->code[temp];temp--;}}q=q->next;}}out.close();cout<<endl;}void Decoding(LeafCode *&lc) //译码{char ch;int i=0,k,temp,g;char str1[Max];LeafCode *q=lc->next;cout<<endl;ifstream in("F:\\CodeFile.txt",ios::in);while(in.get(ch)){str1[i]=ch;i++;}k=i;in.close();ofstream out("F:\\TextFile.txt",ios::out);for(i=0;i<k;i++){q=lc->next;while(q!=NULL){if(str1[i]==q->code[q->top]){g=i;temp=q->top;while(temp!=-1){if(str1[i]==q->code[temp]){temp--;i++;}else{i=g;break;}}if(temp==-1){cout<<q->leaf;out<<q->leaf;i--;break;}}q=q->next;}}out.close();cout<<endl;}void Print() //印代码文件{char str2[Max],ch;int i=0,k;ifstream in("F:CodeFile.txt",ios::in);while(in.get(ch)){str2[i]=ch;i++;}k=i;in.close();cout<<endl;for(i=0;i<k;i++){cout<<str2[i];if((i+1)%50==0)cout<<endl;}cout<<endl<<endl<<endl;ofstream out("F:CodePrint.txt",ios::out);for(i=0;i<k;i++){out<<str2[i];if((i+1)%50==0)out<<"\n";}out.close();}void Printing(LiHTNode *&ht) //印哈夫曼树中的一个递归函数{LiHTNode *p=ht,*q;char str3[20];int i=0,j,k=20;q=p;ofstream out("F:\\TreePrint.txt",ios::out|ios::app);if(p!=NULL){while(q->parent!=NULL){cout<<" ";out<<" ";q=q->parent;i++;}cout<<p->weight;out<<p->weight;for(j=0;j<k-i;j++){cout<<"▅";out<<"▅";}cout<<endl;out<<"\n";Printing(p->lchild);Printing(p->rchild);}out.close();}void Tree_Printing(LiHTNode *&ht) //印哈夫曼树{cout<<"用凹入表示法显示哈夫曼树："<<endl<<endl;ofstream out("F:\\TreePrint.txt",ios::out);out<<"用凹入表示法显示哈夫曼树："<<"\n";out.close();Printing(ht);}void main(){LiHTNode *ht;LeafCode *lc;lc=new LeafCode; //创建叶子的头结点lc->next=NULL;Initialization(ht); //初始化Encoding(ht,lc); //编码Decoding(lc); //译码Print(); //印代码文件Tree_Printing(ht); //印哈夫曼树}。