哈夫曼树实验报告(付原C语言程序)

哈夫曼树实验报告

需求分析：

从终端读入一串字符，利用建立好的哈夫曼树对其进行编码，储存到文件当中去，然后从文件读入哈夫曼编码，针对每个字母对其进行译码，翻译为原来的信息。

二、概要设计

程序分为以下几个模块：

1、从终端读入字符集大小，n个字符和n个权值，建立哈夫曼树，写入文件hfmTree中去。

2、对hfmTree进行编码，建立hfm编码表。

3、从文件ToTran读入信息，根据hfm编码表对其进行hfm编码，将编码后的信息写入文件Codefile 中去

4、对Codefile文件反向译码，结果储存在Textfile中去。

5、将建立的hfmTree打印在终端上，并储存于相应的Treeprint文件中去。

抽象的数据定义如下：

哈夫曼树结构

typedef struct //定义哈夫曼树的结构

{

int weight; //权值

int parent; //双亲

int lchild; //左孩子

int rchild; //右孩子

}htnode,huffmantree[M+1];

建立哈夫曼树

void crthuffmantree(huffmantree ht,int w[],int n) //初始化哈夫曼树

{

int i,s1,s2,m;

for(i=1;i<=n;i++)

{

ht[i].weight=w[i];

ht[i].parent=0;

ht[i].lchild=0;

ht[i].rchild=0;

}

m=2*n-1;

for(i=n+1;i<=m;i++)

{

ht[i].weight=0;

ht[i].parent=0;

ht[i].lchild=0;

ht[i].rchild=0;

}

for(i=n+1;i<=m;i++)

{

select(ht,i-1,&s1,&s2);

ht[i].weight=ht[s1].weight+ht[s2].weight;

ht[s1].parent=i;

ht[i].lchild=s1;

ht[i].rchild=s2;

}

}

typedef char *huffmancode[N+1]; //建立哈夫曼树编码表

void crthuffmancode(huffmantree ht,huffmancode hc,int n)

{

char *cd; //新建立一个指针

int start,i,c,p;

cd=(char*)malloc(n*sizeof(char))；//分配求一个字符的哈夫曼编码的空间

cd[n-1]='\0'; //编码结束符

for(i=1;i<=n;i++)

{

start=n-1;

c=i;

p=ht[i].parent;

while(p!=0)

{

--start;

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

cd[start]='0';

else

cd[start]='1';

c=p;

p=ht[p].parent;

}

hc[i]=(char *)malloc((n-start)*sizeof(char));

strcpy(hc[i],&cd[start]);

}

free(cd);

}

select(huffmantree ht,int pos,int *s1,int *s2) //取最小和次小权值

{

int j,m1,m2;

m1=m2=maxint;

for(j=1;j<=pos;j++)

{

if(ht[j].weight

{

m2=m1;

*s2=*s1;

*s1=j;

m1=ht[j].weight;

}

else if(ht[j].weight

{

m2=ht[j].weight;

}

}

}

主程序模块

int main()

{

初始化参数

printf("请输入：初始化 I;编码 E;译码 D;印代码文件 P;印哈弗曼树 T\n");

printf("结束请输入Q\n");

while(1)

{ //这就是用户输入

scanf("%c",&q);

if(q=='Q')

{

break;

}

if(q=='I')

{

fpw=fopen("hfmtree.txt","w");

ftest=fopen("date.txt","r");

printf("请输入密码表，第一位表示密码表大小，之后按空格键开始以紧凑的格式输入编码字母和权值。\n");

scanf("%d",&n); //字符集大小输入

getchar(); //吃空格用的

for(i=1;i<=n;i++) //这里本来是要在终端输入的，我为了图个测试方便就写文件里，可以自己改回来

{

fscanf(ftest,"%c",&a);

if(a!='\n')

{

str[i]=a;

fscanf(ftest,"%d",&weight[i]);

}

else i--; //减去回车键的计数，应该是用于输入量过多情况下需要隔行输入的设定

}

for(i=n+1;i<=2*n-1;i++) //补全剩余的

{

str[i]='0';

}

crthuffmantree(ht1,weight,n); //建立哈夫曼树

crthuffmancode(ht1,hc1,n); //建立哈夫曼编码表

for(i=1;i<=2*n-1;i++) //打印到文件中去

{

fprintf(fpw,"%c %d %d %d %d\n",str[i],ht1[i].weight,ht1[i].parent,ht1[i].lchild,ht1 [i].rchild);

}

fclose(fpw);

}

if(q=='E')

{

j=1;

i=1;

fpr=fopen("tobetran.txt","r");

fpr2=fopen("hfmtree.txt","r");

fpw2=fopen("codefile.txt","w");

while(fscanf(fpr2,"%c %d %d %d %d\n",&str[j],&ht1[j].weight,&ht1[j].parent,&ht1[j]. lchild,&ht1[j].rchild)!=EOF)

{

j++; //计数，哈夫曼树值大小

}

while(fscanf(fpr,"%c",&dst[i])!=EOF)

{

i++; //所输入文件字符大小

}

count=j; //count代表就是哈夫曼树大小，count1代表输入文件大小

count1=i;

crthuffmancode(ht1,hc1,count-1); //重新从文件里建立哈夫曼编码表

for(i=1;i<=count1-1;i++)

{

for(j=1;j<=count/2;j++) //count/2就是字符集大小了

{

if(dst[i]==str[j]) //比较

{

fprintf(fpw2,"%s",hc1[j]); //找到后写入对应的编码到文件中去，也就是codefile那个文件

}

}

}

fclose(fpr);

fclose(fpr2);

fclose(fpw2);

}

if(q=='D')

{

j=1;

i=1;

z=1;

fpr2=fopen("hfmtree.txt","r");

fpw3=fopen("textfile.txt","w");

while(fscanf(fpr3,"%c",&dst[i])!=EOF)

{

i++;

}

count3=i;

while(fscanf(fpr2,"%c %d %d %d %d\n",&str[j],&ht1[j].weight,&ht1[j].parent,&ht1[j].lchi ld,&ht1[j].rchild)!=EOF)

{

j++;

}

count2=j; //count2是哈夫曼树大小计数，count3是读入的哈夫曼编码计数

crthuffmancode(ht1,hc1,count2-1); //重新建立哈夫曼编码表

for(i=1;i

{

for(j=1;j<=count2/2;j++)

{

len=strlen(hc1[j]); //对每个字符哈夫曼编码长度统计

for(t=0;t

{

if(hc1[j][t]==dst[t+i]) //这里就相当字符匹配了

{

flag=1;

}

if(hc1[j][t]!=dst[t+i])

{

flag=0;

break;

}

}

if(flag==1&&t==len) //判断

{

win[z]=str[j]; //写入字符

z++;

i=i+len-1;

break;

}

}

}

count4=z;

for(z=1;z

{

fprintf(fpw3,"%c",win[z]);

}

fclose(fpr2);

fclose(fpr3);

fclose(fpw3);

}

if(q=='P') //打印codefile文件

{

j=1;

fpr2=fopen("codefile.txt","r");

fpw3=fopen("codeprin.txt","w");

while(fscanf(fpr2,"%c",&dst[j])!=EOF)

{

j++;

}

count=j;

j=0;

for(i=1;i

{

j++;

if(j==50)

{

printf("\n");

j=0;

}

printf("%c",dst[i]);

fprintf(fpw3,"%c",dst[i]);

}

fclose(fpr2);

fclose(fpw3);

}

if(q=='T') //打印哈夫曼树，完备的树结构不好打印，这里就是通过本身结构大致打印出来

{

fpw=fopen("treeprin.txt","w");

fpr=fopen("hfmtree.txt","r");

i=1;

m=0;

while(fscanf(fpr,"%c %d %d %d %d\n",&str[i],&ht1[i].weight,&ht1[i].parent,&ht1[ i].lchild,&ht1[i].rchild)!=EOF)

{

m++;

i++;

}

n=(m+1)/2; //字符集大小

crthuffmancode(ht1,hc1,n); //重新建立哈夫曼编码表

for(i=1;i<=n;i++)

{

len=strlen(hc1[i]);

if(maxlen

maxlen=len;

}

count=maxlen; //求得最大字符编码长度，用来控制行数的

for(i=1;i<=m;i++)

{

t=0;

if(ht1[i].parent==0) //先寻找根节点，打印出来

{

for(c=0;c<2*count;c++) //打印空格

{

printf(" ");

fprintf(fpw," ");

}

printf("%d\n",ht1[i].weight);

fprintf(fpw,"%d\n",ht1[i].weight);

count=count-1; //跳入下一行

j=ht1[i].lchild;

low[t]=j; /记录根节点右子树，用数组low[]

t++;

k=ht1[i].rchild; //记录根节点左子树

low[t]=k;

t++;

for(c=0;c<2*count;c++) //打空格

{

printf(" ");

fprintf(fpw," ");

}

printf("%d ",ht1[j].weight);

//打印根节点的右子树和左子树

fprintf(fpw,"%d ",ht1[j].weight);

printf(" ");

fprintf(fpw," ");

printf("%d\n",ht1[k].weight);

fprintf(fpw,"%d\n",ht1[k].weight);

count=count-1;

}

}

p=0;

while(p

{

for(j=0;j<2*count;j++)

{

printf(" ");

}

y=t; //y作为每一行节点数的记录用

t=0;

for(i=0;i

{

if(ht1[low[i]].lchild!=0)

{

printf("%d ",ht1[ht1[low[i]].lchild].weight);

fprintf(fpw,"%d ",ht1[ht1[low[i]].lchild].weight);

}

else

{

printf("0 ");

fprintf(fpw," ");

}

if(ht1[low[i]].rchild!=0)

{

printf("%d ",ht1[ht1[low[i]].rchild].weight);

fprintf(fpw,"%d ",ht1[ht1[low[i]].rchild].weight);

}

else

{

printf("0 ");

fprintf(fpw," ");

}

if(ht1[low[i]].lchild!=0) //记录本层的孩子数量和位置，用数组d[] {

d[t]=ht1[low[i]].lchild;

t++;

}

if(ht1[low[i]].rchild!=0)

{

d[t]=ht1[low[i]].rchild;

t++;

}

}

for(i=0;i

{

low[i]=d[i];

}

printf("\n");

p++;

count=count-1;

fclose(fpw); //记住关文件

fclose(fpr);

}

}

return 0;

}

函数的调用关系

Mian

Crthuffmancode crthuffmantree select

设计和调试分析

1、打印树本来是考虑用严格格式输出，但是需要空间太大，就用类似树的形式输出

2、文件操作最后必须要关闭文件，否则会一直在缓冲区中

3、注意关闭指针

用户手册

用户界面如下

用户需要预先准备好totran文件，然后根据提示输入字符集大小和每个字母和对应的权值，然后按

E编译代码，D印刷代码，P打印哈夫曼树到文件和终端上。

测试结果

测试数据为

字

A B C D E F G H I J K L M N O 符

64 13 22 32 103 21 15 47 57 1 5 32 20 57 63 权

值

字

P Q R S T U V W X Y Z

符

15 1 48 51 80 23 8 18 1 16 1

权

值

测试语句为：

THIS PROGRAME IS MY FAVORITE

输出hfmcode文件110100010110001111110001000101001100001001010101100100101110110001111111001010001111111 0011101011000001001001001101101010111

打印哈夫曼树

814

347 467

156 191 217 250

76 80 92 99 103 114 122 128

35 41 45 47 48 51 57 57 59 63 64 64

17 18 20 21 22 23 28 31 32 32

8 9 13 15 15 16

4 5

2 2

附录

程序源文件

(

#include

#include

#include

#include

#define N 100

#define M 2*N+1

#define maxint 32767

typedef struct //定义哈夫曼树的结构

{

int weight;

int parent;

int lchild;

int rchild;

}htnode,huffmantree[M+1];

int j,m1,m2;

m1=m2=maxint;

for(j=1;j<=pos;j++)

{

if(ht[j].weight

{

m2=m1;

*s2=*s1;

*s1=j;

m1=ht[j].weight;

}

else if(ht[j].weight

{

m2=ht[j].weight;

*s2=j;

}

}

}

void crthuffmantree(huffmantree ht,int w[],int n) //初始化哈夫曼树

{

int i,s1,s2,m;

for(i=1;i<=n;i++) //对字母建立哈夫曼树的结构

{

ht[i].weight=w[i];

ht[i].parent=0;

ht[i].lchild=0;

ht[i].rchild=0;

}

m=2*n-1; //剩下的结构初始化

for(i=n+1;i<=m;i++)

{

ht[i].weight=0;

ht[i].parent=0;

ht[i].lchild=0;

ht[i].rchild=0;

}

for(i=n+1;i<=m;i++) //开始通过子树并入方式刷新哈夫曼树{

select(ht,i-1,&s1,&s2);

ht[i].weight=ht[s1].weight+ht[s2].weight;

ht[s1].parent=i;

ht[s2].parent=i;

ht[i].lchild=s1;

ht[i].rchild=s2;

typedef char *huffmancode[N+1]; //建立哈夫曼树编码表，这里采用的是指针的形式

void crthuffmancode(huffmantree ht,huffmancode hc,int n)

{ //变量说明一下，start用于从根部开始逆向求哈夫曼编码的一个参数，每当录入一个值其结果减1，类似短除法求二进制转换

//参数c表示某个节点自身的位置，而p是其双亲的位置

char *cd; //新建立一个指针

int start,i,c,p;

cd=(char*)malloc(n*sizeof(char)); //分配求一个字符的哈夫曼编码的空间

cd[n-1]='\0'; //编码结束符

for(i=1;i<=n;i++)

{

start=n-1;

c=i;

p=ht[i].parent;

while(p!=0) //因为只有根的双亲为0，所以相当于逆向遍历到根

{

--start;

if(ht[p].lchild==c) //如果双亲的左孩子等于该值在则该值就是左孩子，否则为右孩子，分别对应0，1

cd[start]='0';

else

cd[start]='1';

c=p; //向上走

p=ht[p].parent;

}

hc[i]=(char *)malloc((n-start)*sizeof(char)); //这是我们实质储存的空间，应该该叫数组指针

strcpy(hc[i],&cd[start]); //字符串复制

}

free(cd);

}

int main()

{

FILE *fpw,*fpr,*fpw2,*fpr2,*fpr3,*fpw3,*ftest;

int

n=0,d[1000],m,low[1000],weight[10000]={0},i,j=0,count=0,count1=0,count3=0,z=1,count4=0, count2=0,len,t,flag=0,c,maxlen,k,p,y;

char str[10000]={0},q,dst[10000]={0},com[10000]={0},win[10000]={0},a;

huffmantree ht1;

huffmancode hc1;

printf("请输入：初始化 I;编码 E;译码 D;印代码文件 P;印哈弗曼树 T\n");

printf("结束请输入Q\n");

while(1)

{ //这就是用户输入

if(q=='Q')

{

break;

}

if(q=='I')

{

fpw=fopen("hfmtree.txt","w");

ftest=fopen("date.txt","r");

printf("请输入密码表，第一位表示密码表大小，之后按空格键开始以紧凑的格式输入编码字母和权值。\n");

scanf("%d",&n); //字符集大小输入

getchar(); //吃空格用的

for(i=1;i<=n;i++) //这里本来是要在终端输入的，我为了图个测试方便就写文件里，可以自己改回来

{

fscanf(ftest,"%c",&a);

if(a!='\n')

{

str[i]=a;

fscanf(ftest,"%d",&weight[i]);

}

else i--; //减去回车键的计数，应该是用于输入量过多情况下需要隔行输入的设定

}

for(i=n+1;i<=2*n-1;i++) //补全剩余的

{

str[i]='0';

}

crthuffmantree(ht1,weight,n); //建立哈夫曼树

crthuffmancode(ht1,hc1,n); //建立哈夫曼编码表

for(i=1;i<=2*n-1;i++) //打印到文件中去

{

fprintf(fpw,"%c %d %d %d %d\n",str[i],ht1[i].weight,ht1[i].parent,ht1[i].lchild,ht1 [i].rchild);

}

fclose(ftest); //关闭文件，这点很重要，否则文件不会写入

fclose(fpw);

}

if(q=='E')

{

j=1;

i=1;

fpr=fopen("tobetran.txt","r");

fpr2=fopen("hfmtree.txt","r");

fpw2=fopen("codefile.txt","w");

while(fscanf(fpr2,"%c %d %d %d %d\n",&str[j],&ht1[j].weight,&ht1[j].parent,&ht1[j].

{

j++; //计数，哈夫曼树值大小

}

while(fscanf(fpr,"%c",&dst[i])!=EOF)

{

i++; //所输入文件字符大小

}

count=j; //count代表就是哈夫曼树大小，count1代表输入文件大小

count1=i;

crthuffmancode(ht1,hc1,count-1); //重新从文件里建立哈夫曼编码表

for(i=1;i<=count1-1;i++)

{

for(j=1;j<=count/2;j++) //count/2就是字符集大小了

{

if(dst[i]==str[j]) //比较

{

fprintf(fpw2,"%s",hc1[j]); //找到后写入对应的编码到文件中去，也就是codefile那个文件

}

}

}

fclose(fpr);

fclose(fpr2);

fclose(fpw2);

}

if(q=='D')

{

j=1;

i=1;

z=1;

fpr2=fopen("hfmtree.txt","r");

fpr3=fopen("codefile.txt","r");

fpw3=fopen("textfile.txt","w");

while(fscanf(fpr3,"%c",&dst[i])!=EOF)

{

i++;

}

count3=i;

while(fscanf(fpr2,"%c %d %d %d %d\n",&str[j],&ht1[j].weight,&ht1[j].parent,&ht1[j].lchi ld,&ht1[j].rchild)!=EOF)

{

j++;

count2=j; //count2是哈夫曼树大小计数，count3是读入的哈夫曼编码计数

crthuffmancode(ht1,hc1,count2-1); //重新建立哈夫曼编码表

for(i=1;i

{

for(j=1;j<=count2/2;j++)

{

len=strlen(hc1[j]); //对每个字符哈夫曼编码长度统计

for(t=0;t

{

if(hc1[j][t]==dst[t+i]) //这里就相当字符匹配了

{

flag=1;

}

if(hc1[j][t]!=dst[t+i])

{

flag=0;

break;

}

}

if(flag==1&&t==len) //判断

{

win[z]=str[j]; //写入字符

z++;

i=i+len-1;

break;

}

}

}

count4=z;

for(z=1;z

{

fprintf(fpw3,"%c",win[z]);

}

fclose(fpr2);

fclose(fpr3);

fclose(fpw3);

}

if(q=='P') //打印codefile文件

{

j=1;

fpw3=fopen("codeprin.txt","w");

while(fscanf(fpr2,"%c",&dst[j])!=EOF)

{

j++;

}

count=j;

j=0;

for(i=1;i

{

j++;

if(j==50)

{

printf("\n");

j=0;

}

printf("%c",dst[i]);

fprintf(fpw3,"%c",dst[i]);

}

fclose(fpr2);

fclose(fpw3);

}

if(q=='T') //打印哈夫曼树，完备的树结构不好打印，这里就是通过本身结构大致打印出来

{

fpw=fopen("treeprin.txt","w");

fpr=fopen("hfmtree.txt","r");

i=1;

m=0;

while(fscanf(fpr,"%c %d %d %d %d\n",&str[i],&ht1[i].weight,&ht1[i].parent,&ht1[ i].lchild,&ht1[i].rchild)!=EOF)

{

m++;

i++;

}

n=(m+1)/2; //字符集大小

maxlen=0; //最大子符编码长度

crthuffmancode(ht1,hc1,n); //重新建立哈夫曼编码表

for(i=1;i<=n;i++)

{

len=strlen(hc1[i]);

if(maxlen

maxlen=len;

}

count=maxlen; //求得最大字符编码长度，用来控制行数的

for(i=1;i<=m;i++)

{

if(ht1[i].parent==0) //先寻找根节点，打印出来

{

for(c=0;c<2*count;c++) //打印空格

{

printf(" ");

fprintf(fpw," ");

}

printf("%d\n",ht1[i].weight);

fprintf(fpw,"%d\n",ht1[i].weight);

count=count-1; //跳入下一行

j=ht1[i].lchild;

low[t]=j; //记录根节点右子树，用数组low[]

t++;

k=ht1[i].rchild; //记录根节点左子树

low[t]=k;

t++;

for(c=0;c<2*count;c++) //打空格

{

printf(" ");

fprintf(fpw," ");

}

printf("%d ",ht1[j].weight); //打印根节点的右子树和左子树

fprintf(fpw,"%d ",ht1[j].weight);

printf(" ");

fprintf(fpw," ");

printf("%d\n",ht1[k].weight);

fprintf(fpw,"%d\n",ht1[k].weight);

count=count-1;

}

}

p=0;

while(p

{

for(j=0;j<2*count;j++)

{

printf(" ");

fprintf(fpw," ");

}

y=t; //y作为每一行节点数的记录用

t=0;

for(i=0;i

{

if(ht1[low[i]].lchild!=0)

{

printf("%d ",ht1[ht1[low[i]].lchild].weight);

fprintf(fpw,"%d ",ht1[ht1[low[i]].lchild].weight);

else

{

printf("0 ");

fprintf(fpw," ");

}

if(ht1[low[i]].rchild!=0)

{

printf("%d ",ht1[ht1[low[i]].rchild].weight);

fprintf(fpw,"%d ",ht1[ht1[low[i]].rchild].weight);

}

else

{

printf("0 ");

fprintf(fpw," ");

}

if(ht1[low[i]].lchild!=0) //记录本层的孩子数量和位置，用数组d[]

{

d[t]=ht1[low[i]].lchild;

t++;

}

if(ht1[low[i]].rchild!=0)

{

d[t]=ht1[low[i]].rchild;

t++;

}

}

for(i=0;i

{

low[i]=d[i];

}

printf("\n");

fprintf(fpw,"\n");

p++;

count=count-1;

}

fclose(fpw); //记住关文件

fclose(fpr);

}

}

return 0;

}

)

THIS PROGRAME IS MY FAVORITE

Date.txt

A64B13C22D32E103F21G15H47I57J1K5L32M20N57O63P15Q1R48S51T80U23V8W18X1Y16Z1 Codefile.txt

Codeprint.txt

Hfmtree.txt

Textfile.txt