哈夫曼编译码器课程设计报告

.《数据结构》课程设计报告题目： 哈夫曼编/译码器专业： 计算机科学与技术（对口） 班级： 13（3） 姓名： 陈霞 指导教师： 彭飞 成绩：计算机学院 2015年11月12日2015-2016学年 第1学期目录1 设计内容及要求 (3)1.1 内容 (3)1.2 要求 (3)2 概要设计 (4)2.1 抽象数据类型定义 (4)2.2 模块划分 (4)3 设计过程及代码 (5)3.1 设计过程 (5)3.2 代码 (8)4 设计结果与分析 (11)5 参考文献 (13)1设计内容及要求1.1 内容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。

1.2 要求一个完整的系统应具有以下功能：（1）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。

（2）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。

（3）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。

（4）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。

（5）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。

[测试数据]（1）数据一：已知某系统在通信联络中只可能出现8种字符，其概率分别为0.05,0.29,0.07,0.08,0.14,0.23,0.03,0.11,以此设计哈夫曼编码。

利用此数据对程序进行调试。

（2）用下表给出的字符集和频度的实际统计数据建立哈夫曼树，并实现以下报文的编码和译码：“ THIS PROGRAM IS MY FAVORITE”。

2概要设计2.1抽象数据类型定义ADT Stack数据对象：D={ai|ai∈ElemSet,i=1,2,...,n, n≥0}数据关系：若D为空集，则称为空树。

若D仅为一个数据元素，则R为空集，否则R={H}，H是如下的二元关系：（1）再D中存在唯一的称为根的数据元素root，它在关系H下无前驱。

（2）若D-{root}<>空集，则存在一个划分D1，D2，···，Dm（m>0）。

（3）对应于D-{root}的划分，H-{<root，X1}，···，<root，Xm>}有唯一的一个划分H1，H2，···，Hm（m>0）。

基本操作：InitTree(&T)操作结果：构造空树T。

DestroyTree(&T)初始条件：树T已存在。

操作结果：树T被销毁。

ClearTree(&T)初始条件：树T已存在。

操作结果：将树T清为空栈。

TreeEmpty(T)初始条件：树T已存在。

操作结果：若树T为空，则返回TRUE，否则FALSE。

TreeDepth(T)初始条件:树T已存在。

操作结果：返回T的深度。

Root（T）初始条件：树T已存在。

操作结果：返回树T的根。

2.2模块划分本程序包括三个模块：(1)主程序模块void main(){初始化；构造哈夫曼树；求哈夫曼编码；哈夫曼编码输出；}（2）哈夫曼模块——实现哈夫曼树的抽象数据类型（3）求哈夫曼编码模块——实现求哈夫曼编码算法的数据类型3设计过程及代码3.1设计过程1、数据类型的定义（1）哈夫曼树类型typedef struct{//构造树char data;//结点权值int weight;//权重int parent;//双亲结点int lchild;//左孩子int rchild;//右孩子}HTNode;HTNode ht[30];（2）求哈夫曼编码类型typedef struct{char cd[30];//存放当前结点的哈弗曼编码int start;//cd[start]~cd[n]存放哈弗曼码}HCode;HCode hcd[30];2、主要模块的算法描述主函数流程图图3.1.1哈弗曼编码算法流程图图3.1.23.2代码#include<stdio.h>#define n 27 //叶子数目#define m (2*n-1) //结点总数#define maxval 10000.0#define maxsize 100 //哈夫曼编码的最大位数typedef struct{char ch;float weight;int lchild,rchild,parent;}hufmtree;typedef struct{char bits[n]; //位串int start; //编码在位串中的起始位置char ch; //字符}codetype;void huffman(hufmtree tree[]);//建立哈夫曼树void huffmancode(codetype code[],hufmtree tree[]);//根据哈夫曼树求出哈夫曼编码void decode(hufmtree tree[]);//依次读入字符，根据哈夫曼树译码int main(){printf(" ——哈夫曼编码——\n");printf("总共有%d个字符\n",n);hufmtree tree[m];codetype code[n];int i,j;//循环变量huffman(tree);//建立哈夫曼树huffmancode(code,tree);//根据哈夫曼树求出哈夫曼编码printf("【输出每个字符的哈夫曼编码】\n");for(i=0;i<n;i++){printf("%c: ",code[i].ch); for(j=code[i].start;j<n;j++)printf("%c ",code[i].bits[j]); printf("\n");}printf("【读入字符，并进行译码】\n");decode(tree);//依次读入电文，根据哈夫曼树译码}void huffman(hufmtree tree[])//建立哈夫曼树{int i,j,p1,p2;//p1,p2分别记住每次合并时权值最小和次小的两个根结点的下标 float small1,small2,f;char c;for(i=0;i<m;i++) //初始化{tree[i].parent=0;tree[i].lchild=-1;tree[i].rchild=-1;tree[i].weight=0.0;}printf("【依次读入前%d个结点的字符及权值(中间用空格隔开)】\n",n);for(i=0;i<n;i++) //读入前n个结点的字符及权值{printf("输入第%d个字符为和权值",i+1);scanf("%c %f",&c,&f);getchar();tree[i].ch=c;tree[i].weight=f;}for(i=n;i<m;i++) //进行n-1次合并，产生n-1个新结点{p1=0;p2=0;small1=maxval;small2=maxval; //maxval是float类型的最大值for(j=0;j<i;j++) //选出两个权值最小的根结点if(tree[j].parent==0)if(tree[j].weight<small1){small2=small1; //改变最小权、次小权及对应的位置small1=tree[j].weight;p2=p1;p1=j;}elseif(tree[j].weight<small2){small2=tree[j].weight; //改变次小权及位置p2=j;}tree[p1].parent=i;tree[p2].parent=i;tree[i].lchild=p1; //最小权根结点是新结点的左孩子tree[i].rchild=p2; //次小权根结点是新结点的右孩子tree[i].weight=tree[p1].weight+tree[p2].weight;}}//huffmanvoid huffmancode(codetype code[],hufmtree tree[])//根据哈夫曼树求出哈夫曼编码 //codetype code[]为求出的哈夫曼编码//hufmtree tree[]为已知的哈夫曼树{int i,c,p;codetype cd; //缓冲变量for(i=0;i<n;i++){cd.start=n;cd.ch=tree[i].ch;c=i; //从叶结点出发向上回溯p=tree[i].parent; //tree[p]是tree[i]的双亲while(p!=0){cd.start--;if(tree[p].lchild==c)cd.bits[cd.start]='0'; //tree[i]是左子树，生成代码'0'elsecd.bits[cd.start]='1'; //tree[i]是右子树，生成代码'1'c=p;p=tree[p].parent;}code[i]=cd; //第i+1个字符的编码存入code[i]}}//huffmancodevoid decode(hufmtree tree[])//依次读入字符，根据哈夫曼树译码{int i,j=0;char b[maxsize];char endflag='2'; //电文结束标志取2i=m-1; //从根结点开始往下搜索printf("输入发送的编码(以'2'为结束标志)：");gets(b);printf("译码后的字符为");while(b[j]!='2'){if(b[j]=='0')i=tree[i].lchild; //走向左孩子elsei=tree[i].rchild; //走向右孩子if(tree[i].lchild==-1) //tree[i]是叶结点{printf("%c",tree[i].ch);i=m-1; //回到根结点}j++;}printf("\n");if(tree[i].lchild!=-1&&b[j]!='2') //电文读完，但尚未到叶子结点 printf("\nERROR\n"); //输入电文有错}//decode4设计结果与分析图4.1图4.2图4.3图4.4图4.55参考文献[1] 黄同成，黄俊民，董建寅．数据结构[M]．北京：中国电力出版社，2008[2] 董建寅，黄俊民，黄同成．数据结构实验指导与题解[M]．北京：中国电力出版社，2008。