哈夫曼树的实验报告1

一、需求分析
1、本演示程序实现Haffman编/译码器的作用，目的是为信息收发站提供一个编/译系统，
从而使信息收发站利用Haffman编码进行通讯，力求达到提高信道利用率，缩短时间，降低成本等目标。

系统要实现的两个基本功能就是：①对需要传送的数据预先编码；
②对从接收端接收的数据进行译码；
2、本演示程序需要在终端上读入n个字符（字符型）及其权值（整形），用于建立Huffman
树,存储在文件hfmanTree.txt中；如果用户觉得不够清晰还可以打印以凹入表形式显示的Huffman树；
3、本演示程序根据建好的Huffman树，对文件的文本进行编码，结果存入文件CodeFile
中；然后利用建好的Huffman树将文件CodeFile中的代码进行译码，结果存入文件TextFile中；最后在屏幕上显示代码（每行50个），同时显示对CodeFile中代码翻译后的结果；
4、本演示程序将综合使用C++和C语言；
5、测试数据：
(1)教材例6-2中数据：8个字符，概率分别是0.05，0.29，0.07，0.08，0.14，0.23，0.03，
0.11，可将其的权值看为5，29，7，8，14，23，3，11
(2)用下表给出的字符集和频度的实际统计数据建立Haffman树，并实现以下报文的编码和
一、概要设计
1、设定哈夫曼树的抽象数据类型定义
ADT Huffmantree{
数据对象：D={a i| a i∈Charset,i=1,2,3,……n,n≥0}
数据关系：R1＝{< a i-1, a i >| a i-1, a i∈D, i=2,3,……n}
基本操作：
Initialization(&HT，&HC,w，n,ch)
操作结果：根据n个字符及其它们的权值w[i],建立Huffman树HT,用字符数组ch[i]作为中间存储变量，最后字符编码存到HC中；
Encodeing(n)
操作结果：根据建好的Huffman树，对文件进行编码，编码结果存入到文件CodeFile 中
Decodeing(HT,n)
操作结果：根据已经编译好的包含n个字符的Huffman树HT，将文件的代码进行翻译，结果存入文件TextFile中
} ADT Huffmantree
1）主程序模块
void main()
{
输入信息，初始化；
选择需要的操作；
生成Huffman树；
执行对应的模块程序；
输出结果；
}
2）编码模块——根据建成的Huffman树对文件进行编码；
3）译码模块——根据相关的Huffman树对编码进行翻译；
各模块的调用关系如图所示
二、详细设计
1、树类型定义
typedef struct {
unsigned int weight; //权值
char ch1; //储存输入的字符
unsigned int parent,lchild,rchild;
}HTNode,*HuffmanTree;
2、编码类型定义
typedef char **HuffmanCode;
哈夫曼编译器的基本操作设置如下
Initialization(HuffmanTree &HT，HuffmanCode &HC,int *w，int &n,char *ch) //根据输入的n个字符及其它们的权值w[i],建立Huffman树HT,用字符数组ch[i]作为中间存储变量存储编码，最后转存到HC中；
Encodeing(int n)
//根据建好的包含n个字符的Huffman树，对文件进行编码，编码结果存入到文件CodeFile中
Decodeing(HuffmanTree HT,int n)
//根据已经编译好的包含n个字符的Huffman树HT，对文件的代码进行翻译，结果存入文件TextFile中
基本操作操作的算法
主函数及其他函数的算法
void select(HuffmanTree HT,int n,int &s1,int &s2){ //依次比较，从哈夫曼树的中parent为0的节点中选择出两个权值最小的
if(!HT[i].parent&&！HT[S1]&&!HT[S2]){
if(HT[i].weight<HT[s1].weight){
s2=s1; s1=i;
}
else if(HT[i].weight<HT[s2].weight&&i!=s1)
s2=i;
}
3、函数的调用关系图
Encodeing Decoding Print PrintTree
select
Initialization Main( )
三、调试分析
1、本次实习作业最大的难点就是文件的读和写，这需要充分考虑到文件里面的格式，例
如空格，换行等等，由于不熟悉C++语言和C语言的文件的输入和输出，给编程带来了很大的麻烦；
2、原本计划将文本中的换行格式也进行编码，也由于设计函数比较复杂，而最终放弃；
3、一开始考虑打印哈夫曼树的凹入表时是顺向思维，希望通过指针的顺序变迁来实现打
印，但问题是从根结点到叶子结点的指针不是顺序存储的，所以未能成功，后来查找相关资料，最终利用递归的方法解决问题；
4、程序中的数组均采用了动态分配的方法定义，力求达到减少空间的浪费；
5、时间的复杂度主要是由查树这个步骤决定，因为无论是编码还是译码都需要对Huffman
树进行查找和核对，但考虑到英文字母和空格也就是27个字符，影响不是很大；
6、程序无论在屏幕显示还有文件存储方面都达到了不错的效果；
7、程序不足的地方就是在文件文本格式方面处理得还是不够，或许可以通过模仿WORD的
实现来改善。

四、用户手册
1、本程序运行于windows XP,windows vists,DOS系统，只需要运行“Huffmantree.exe”；
2、进入演示程序后即显示一个有功能操作选择的界面，如下图：
用户可以根据不同的需求进行选择操作；
3、如图介绍，选择“1”时，由用户输入信息进行创建Huffman树，得到的Huffman树存
在文件hfmTree.txt中；
4、选择“2”时，程序将对文件ToBeTran.txt中的内容进行编码，结果存入CodeFile.txt
中；
5、选择“3”时，程序将对文件CodeFile中的代码进行翻译，结果存入文件TextFile中；
6、选择“4”时，将会在屏幕上打印编译“ToBeTran.txt”得到的代码和翻译“CodeFile.txt”
后得到的原文;
7、选择“5”时，将会在屏幕上打印哈夫曼树的凹入表形式并存在文件“TreePrint.txt”
中；
8、退出程序，选择“6”。

五、测试结果
1、权值为5，29，7，8，14，23，3，11创建的哈夫曼树凹入表形式如下：
*100
*58
*29
*15
8
7
14
29
*42
23
*19
11
*8
5
3
结果跟书上的显示吻合
2、根据给出的字符和频度统计表创建Huffman树，得到的“THIS PROGRAM IS MY FAVORITE”编码是：111101111111000111000110100100001011001101001010101101111011000100011100011011 0110100101000110111101111010110011001011000111101011
根据编码：111101111111000111000110100100001011001101001010101101111011000100011100011011 0110100101000110111101111010110011001011000111101011
的翻译结果是：
“THIS PROGRAM IS MY FAVORITE”，数据吻合。

六、附录
HuffmanTree.cpp //主程序。