北邮哈夫曼数据结构实验报告
数据结构实验报告
实验名称：实验4Huffman树
学生姓名：
班级：
班内序号：
学号：
日期：2015年1月5日
1．实验要求
利用二叉树结构实现哈夫曼编/解码器。
基本要求：
1、初始化(Init)：能够对输入的任意长度的字符串s进行统计，统计每个字符的频度，
并建立哈夫曼树
2、建立编码表(CreateTable)：利用已经建好的哈夫曼树进行编码，并将每个字符的
编码输出。
3、编码(Encoding)：根据编码表对输入的字符串进行编码，并将编码后的字符串输
出。
4、译码(Decoding)：利用已经建好的哈夫曼树对编码后的字符串进行译码，并输出
译码结果。
5、打印(Print)：以直观的方式打印哈夫曼树（选作）
6、计算输入的字符串编码前和编码后的长度，并进行分析，讨论赫夫曼编码的压
缩效果。
7、可采用二进制编码方式（选作）
测试数据：
I love data Structure, I love Computer。I will try my best to study data Structure.
提示：
1、用户界面可以设计为“菜单”方式：能够进行交互。
2、根据输入的字符串中每个字符出现的次数统计频度，对没有出现的字符一律不
用编码。
2. 程序分析
2.1 存储结构
1) Huffman 树的结点结构struct hnode
{
char daibiao;//结点代表的字符
int weight;//结点的权重
int parent;//双亲指针
int lchild;//左孩子指针
int rchild;//右孩子指针
};
2) 编码表结点结构（如右图2-6 所示）
20
Struct hcode 0 1
{ A 11
char data;//存储字符0 1
char code[100] 5 B
}; 0 1
Z C
图2-6 Huffman树编码结构
3) Huffman 类结构
class Huffman
{
private:
HNode* HTree; //Huffman 树
HCode* HCodeTable; //Huffman 编码表
char str[1024]; //输入的原始字符串
char leaf[256]; //叶子节点对应的字符
int a[256]; //记录每个出现字符的个数public:
int n; //叶子节点数
void init(); //初始化
void CreateHTree(); //创建huffman 树
voidSelectMin(int &x, int &y, int s, int e );
void CreateCodeTable(); //创建编码表
void Encode(char *d); //编码
void Decode(char *s, char *d); //解码
void print(int i, int m); //打印Huffman 树
~ Huffman();
}
2.2 关键算法分析
1统计输入的字符串中字符频率：
用字符串记录用户输入的原始数据，统计一共出现了多少种字符，各出现了多少次即为字符
的权值。对未出现的字符不予统计编码。将统计的叶子节点编制成数组。为创建哈夫曼树作准备。
[1] 用字符串str接收用户输入的数据
[2] 用动态字符数组存储字符出现的个数
[3] 如果是不同的字符，用k来记录，k+1，统计所有不同字符的个数
[4] 创建哈夫曼树Htree，哈夫曼编码表HcodeTable
[5] 初始化哈夫曼编码表
[6] 初始化哈夫曼树
[6.1] 标记叶子节点，无左子树右子树及父节点
[7]释放动态字符数组
2.void huffman::Init(char *s)
3.{
4. int n=0;
5. while(*(s+n)!='\0')//统计字符串字符数
6. {
7. n++;
8. }
9. char *m=new char[n];//动态字符数组存储字符串
10. for(int i=0;i 11. { 12. m[i]=*(s+i); 13. } 14. char temp; //定义中间变量temp 15. for( i=0;i 16. { 17. for(int j=0;j 18. { 19. if(m[j]>m[j+1]) 20. { 21. temp=m[j]; 22. m[j]=m[j+1]; 23. m[j+1]=temp; 24. } 25. } 26. } 27. int k=1; //定义k为1，因为统计次序从1位置开始 28. for( i=1;i 29. { 30. if(m[i]!=m[i-1]) 31. { 32. k++; 33. } 34. } 35. htree=new hnode[2*k-1]; //根据需要编码的字符个数创建新树 36. hn=2*k-1; //数组的规模为2K-1，一棵树有n个结点共有2n-1个结点 37. int l=0;//统计不同字符出现的频度 38. k=0;//哈夫曼数组下标 39. temp=m[0];//从第一个字符开始记录 40. for( i=0;i 41. { 42. if(m[i]==temp) 43. { 44. l++;//统计出现次数 45. if(i==n-1) 46. htree[k].weight=l; 47. } 48. else 49. { 50. htree[k].weight=l; 51. htree[k].daibiao=temp; //记录结点代表的字符 52. temp=m[i]; //迭代，记录下一个字符 53. k++; //哈夫曼数组下标进1 54. l=1; //重新设置权值时必须为1 55. htree[k].daibiao=temp; //下一个为 56. htree[k].weight=l; 57. } 58. } 59. delete[]m;//释放动态内存空间 60. createhuffman();//创建哈夫曼树 61. createcodetable();//创建哈夫曼编码表 62.}}创建Huffman 树 主要思想：从所有未使用过的权值表中选择两个最小的权值，可以有多种方法，比如一次选择一个最小的，选择 2 遍；或者进行迭代，一次选择出两个。显然，后者的时间效率较高，因此我们采用后者进行实现。迭代选择两个最小值得基本思想是： 1、从权值表HTree[s..e]中选取第一个未使用结点下标为x，并设y=x； 2、从剩下的未使用的权值中依次遍历 若当前结点i的权值<结点x的权值，则迭代，即y=x; x = i; 否则：若此时y=x（即y还未赋值），则y=i; 若此时当前结点i的权值 具体代码实现如下： void huffman::createhuffman() { int n=(hn+1)/2;//n表示不同字符的个数 for(int i=0;i { htree[i].lchild=-1; htree[i].rchild=-1; htree[i].parent=-1; } int x,y; for( i=n;i<2*n-1;i++) //n个需要编码的结点，需要n-1个结点进行哈夫曼构造 { selectmin(x,y,i);//找出权重最小的两个字符 htree[x].parent=i; htree[y].parent=i; htree[i].weight=htree[x].weight+htree[y].weight; htree[i].lchild=x; htree[i].rchild=y; htree[i].parent=-1; } } //寻找权重最小的两个字符 void huffman::selectmin(int &x,int &y,int i) { x=0; while(htree[x].parent!=-1) { x++; } for(int j=1;j { if(htree[j].parent!=-1) { continue;//结束单次循环，直到找到下一个parent=1的htree数组 } x=(htree[x].weight<=htree[j].weight)?x:j; } htree[x].parent=-2;//避免y再次选择x选择的数 y=0; while(htree[y].parent!=-1) { y++; } for( j=1;j { if(htree[j].parent!=-1) { continue; } y=(htree[y].weight<=htree[j].weight)?y:j; } } 时间复杂度：假设有n个叶子节点，在原有叶子节点的基础上还要新创建n-1个结点才能构成哈夫曼树，每次创建新节点时还要在前n个节点中找到最小的两个结点做为左子树和右子树，则时间复杂度为o(n^2) 3打印Huffman 树 void huffman::print(int i,int m) { if(htree[i].lchild==-1) //是叶结点 cout< else { cout< print(htree[i].lchild,m+1); //打印左孩子 print(htree[i].rchild,m+1); //打印右孩子 } } 4创建编码表 主要思想：建立字符编码表。这里采用从叶子节点到根节点的顺序逆序编码，然后字符串转置得到最终编码。如果有n个叶子节点需要n次循环编码 [1] 从叶子节点开始循环，直到根节点 [1.1] 若该节点师父节点的左分支,则编码0 [1.2] 若该节点师父节点的右分支,则编码1 [1.3] 将该节点的父节点当做叶子节点进行下一次分析 [2] 将编码字符逆置 void huffman::createcodetable() { int n=(hn+1)/2; hcodetable=new hcode[n];//存储不同字符代表的编码 for(int i=0;i { hcodetable[i].data=htree[i].daibiao;//存储字符 int child=i; //孩子结点编号 int parent=htree[i].parent; int k=0; while(parent!=-1)//自下而上到达根节点之后结束循环 { if(child==htree[parent].lchild)//左孩子编码'0' hcodetable[i].code[k]='0'; else//右孩子编码'1' hcodetable[i].code[k]='1'; k++; child=parent; //迭代 parent=htree[child].parent; } hcodetable[i].code[k]='\0';//字符编码串最后添加结束符 reverse(hcodetable[i].code);//颠倒字符串 } } void huffman::reverse(char m[]) //颠倒字符串 { int n=0; char temp; //设置中间变量 while(m[n+1]!='\0') n++; for(int i=0;i<=n/2;i++) //将头尾两个字符互换 { temp=m[i]; m[i]=m[n-i]; m[n-i]=temp; } } 时间复杂度:假设有n个叶子节点，则哈夫曼树深度至少为o(log2n),每次编码都要向上循环到根节点，则编码总的时间复杂度为o(n*log2n) 5编码 进行编码只要能够显示出来编码后的字符串，若 A 的编码为0，B 的编码为10，则字符串AAB 的编码显示为”0010”即可。由于初始化函数中已经记录了输入的字符串s，因此直接使用该变量作为输入即可。 编码前的大小即用户输入的字符串s的大小，编码后数据变成由0 1组成的字符串，在机器中以二进制数的形式存储，所以需要把原字符串的大小乘以8再和编码后的数据相比较，确定压缩比 void huffman::encode(char *s,string *d) //编码，s为输入字符，d为编码字符{ float sum=0;//统计字节数 int n=0; while(*s!='\0') { for(int i=0;i<(hn+1)/2;i++) //找哈夫曼表对应的编码 { if(*s==htree[i].daibiao) { for(int j=0;hcodetable[i].code[j]!='\0';j++) { *d+=hcodetable[i].code[j]; sum+=1; } s++; n++; break; //跳出本次循环，进行下一个字符的对应编码 } } } cout<<"编码前长度："<<8*n< cout<<"编码后的长度："< cout<<"压缩比为："<<8*n/sum< } 时间复杂度：假设有原始数据N个字符，出现了n种字符。一个一个的进行匹配，可知此过程的时间复杂度为o(N*n) 分析压缩比的时间复杂度：没有循环或递归，所以为o(1) 6：解码 基本思想： 1从左到右读取编码串 2)从根结点开始,如果是0,则选择左支;如果是1,则选择右支;直到叶结点。 void huffman::decode(char *s,char *d) //s为编码后的字符串，d为解码后 的字符串 { while(*s!='\0') { int parent=hn-1;//根结点在htree中的下标，是有hn个结点，但数组从0开始 while(htree[parent].lchild!=-1)//如果不是叶结点，从根结点开始到终端结点结束循环 { if(*s=='0') parent=htree[parent].lchild; //迭代 else parent=htree[parent].rchild; //迭代 s++; } *d=hcodetable[parent].data; d++; } } 本实验中的主要数据结构htree 和hcodetable 都是动态内存，因此必须要在Huffman 树的析构函数中进行内存清理，代码如下：huffman：：~ huffman() { delete []htree; delete []hcodetable; } 时间复杂度：设编码后的数据d长度为n,解码从头进行到尾，此时间复杂度为o(n) 关键算法7：直观打印哈夫曼树 思想和普通二叉树的中序遍历相同，需要不断的递归。要打印一个节点的权值，首先要打印它的右子树，最后打印它的右子树。同时因为要打出树的形状，函数还需要layer参数存储这是第几层，根据layer的不同决定前面空多少格。 [1] 如果到达叶子节点 [1.1]打印空格 [1.2]打印该节点的权值 [1.3]回溯 [2]否则 [2.1]进入该节点的右子树 [2.2]打印空格 [2.3]打印该节点的权值 [2.4]进入该节点的左子树 C++实现： void huffman::print(int i,int m) { if(htree[i].lchild==-1) //是叶结点 cout< else { cout< print(htree[i].lchild,m+1); //打印左孩子 print(htree[i].rchild,m+1); //打印右孩子 } } 时间复杂度：与二叉树的中序遍历时间复杂度类似，假设有n个叶子节点，时间复杂度为o(n) 3. 程序运行结果 1、测试主函数流程：流程图如图2所示 程序运行图 4. 总结 1、调试时出现的问题：初始化时耗时很长时间，不知该如何统计字符频度，且最 后打印时出现问题，思考许久. 2、解决的方法：认真看课本，查阅相关资料，发现用冒泡排序可以统计输入字符 的总数，用for循环可以统计单个字符出现的个数。打印应用递归函数，同时 和同学交流也可加快思考进度。 3、心得体会：哈夫曼编码根据自负出现的概率来构造带权平均长度最短的编码。 它是一种变长的编码。它的基本原理是频繁使用的数据用较短的数据代替，较 少使用的数据用较长的数据代替，每个数据的代码各不相同，但最终编码的平 均长度是最小的。通过这次的实验，可以初步掌握和理解这种巧妙的结构。通 过深入学习可以理解代码深刻，否则只是简单看并不能解决自己并不清楚的问 题，因此必须不断实践，不断练习才能提高水平。 4、下一步的改进：在自己闲时应看看课本，进行小的练习，这样才能提高水平。 数据结构课程设计设计题目：哈夫曼树编码译码 目录 第一章需求分析 (1) 第二章设计要求 (1) 第三章概要设计 (2) （1）其主要流程图如图1-1所示。 (3) （2）设计包含的几个方面 (4) 第四章详细设计 (4) （1）①哈夫曼树的存储结构描述为： (4) （2）哈弗曼编码 (5) （3）哈弗曼译码 (7) （4）主函数 (8) （5）显示部分源程序： (8) 第五章调试结果 (10) 第六章心得体会 (12) 第七章参考文献 (12) 附录： (12) 在当今信息爆炸时代，如何采用有效的数据压缩技术节省数据文件的存储空间和计算机网络的传送时间已越来越引起人们的重视，哈夫曼编码正是一种应用广泛且非常有效的数据压缩技术。哈夫曼编码是一种编码方式，以哈夫曼树—即最优二叉树，带权路径长度最小的二叉树，经常应用于数据压缩。哈弗曼编码使用一张特殊的编码表将源字符（例如某文件中的一个符号）进行编码。这张编码表的特殊之处在于，它是根据每一个源字符出现的估算概率而建立起来的（出现概率高的字符使用较短的编码，反之出现概率低的则使用较长的编码，这便使编码之后的字符串的平均期望长度降低，从而达到无损压缩数据的目的）。哈夫曼编码的应用很广泛，利用哈夫曼树求得的用于通信的二进制编码称为哈夫曼编码。树中从根到每个叶子都有一条路径，对路径上的各分支约定：指向左子树的分支表示“0”码，指向右子树的分支表示“1”码，取每条路径上的“0”或“1”的序列作为和各个叶子对应的字符的编码，这就是哈夫曼编码。哈弗曼译码输入字符串可以把它编译成二进制代码，输入二进制代码时可以编译成字符串。 第二章设计要求 对输入的一串电文字符实现哈夫曼编码，再对哈夫曼编码生成的代码串进行译码，输出电文字符串。通常我们把数据压缩的过程称为编码，解压缩的过程称为解码。电报通信是传递文字的二进制码形式的字符串。但在信息传递时，总希望总长度能尽可能短，即采用最短码。假设每种字符在电文中出现的次数为Wi，编码长度为Li，电文中有n种字符，则电文编码总长度为∑WiLi。若将此对应到二叉树上，Wi为叶结点的权，Li为根结点到叶结点的路径长度。那么，∑WiLi 恰好为二叉树上带权路径长度。因此，设计电文总长最短的二进制前缀编码，就是以n种字符出现的频率作权，构造一棵哈夫曼树，此构造过程称为哈夫曼编码。设计实现的功能： (1) 哈夫曼树的建立； (2) 哈夫曼编码的生成； (3) 编码文件的译码。 数据结构实验报告 欧阳光明（2021.03.07） 实验名称：实验三树——哈夫曼编/解码器 学生姓名： 班级： 班内序号： 学号： 日期： 2014年12月11日 1．实验要求 利用二叉树结构实现赫夫曼编/解码器。 基本要求： 1、初始化(Init)：能够对输入的任意长度的字符串s进行统 计，统计每个字符的频度，并建立赫夫曼树 2、建立编码表(CreateTable)：利用已经建好的赫夫曼树进行编 码，并将每个字符的编码输出。 3、编码(Encoding)：根据编码表对输入的字符串进行编码，并 将编码后的字符串输出。 4、译码(Decoding)：利用已经建好的赫夫曼树对编码后的字符 串进行译码，并输出译码结果。 5、打印(Print)：以直观的方式打印赫夫曼树（选作） 6、计算输入的字符串编码前和编码后的长度，并进行分析， 讨论赫夫曼编码的压缩效果。 测试数据： I love data Structure, I love Computer。I will try my best to study data Structure. 提示： 1、用户界面可以设计为“菜单”方式：能够进行交互。 2、根据输入的字符串中每个字符出现的次数统计频度，对没有 出现的 字符一律不用编码。 2. 程序分析 2.1 存储结构 Huffman树 给定一组具有确定权值的叶子结点，可以构造出不同的二叉树，其中带权路径长度最小的二叉树称为Huffman树，也叫做最优二叉树。 weight lchild rchildparent 2-1-1-1 5-1-1-1 6-1-1-1 7-1-1-1 9-1-1-1 weight lchild rchild parent 中南大学数据结构课程 姓名：刘阳 班级：信息0703 学号：0903070312 实验时间： 08.11.14 指导老师：赵颖 一、实验内容 根据输入的n 个带权结点，构造出哈夫曼树，并且把构造结果输出到屏幕。 二、实验说明 哈夫曼数，也称最优二叉树，是指对于一组带有确定权值的叶结点，构造的具有最小带权路径长度的二叉树。 设二叉树具有n 个带权值的叶结点，那么从根结点到各个叶结点的路径长度与相应结点权值的乘积之和叫做二叉树的带权路径长度WPL ，记作： WPL=k n k k L W *∑=1。在给定一组具有确定权值的叶结点，可以构造出不同的带权二 叉树。根据哈夫曼树的定义，一棵二叉树要使其WPL 值最小，必须使权值越大的叶结点越靠近根结点，而权值越小的叶结点越远离根结点。 在数据通讯中，经常需要将传送的文字转换成由二进制字符0，1组成的二进制串，我们称之为编码。例如，假设要传送的电文为ABACCDA ，电文中只含有A ，B ，C ，D 四种字符，若这四种字符采用下表所示的编码，则电文的代码为000010000100100111 000，长度为21。 在传送电文时，我们总是希望传送时间尽可能短，这就要求电文代码尽可能短。如果在编码时考虑字符出现的频率，让出现频率高的字符采用尽可能短的编码，出现频率低的字符采用稍长的编码，构造一种不等长编码，则电文的代码就可能更短。并且在建立不等长编码时，必须使任何一个字符的编码都不是另一个字符编码的前缀，以避免反译成原文时，编码出现多义性。 在哈夫曼编码树中，树的带权路径长度的含义是各个字符的码长与其出现次数的乘积之和，也就是电文的代码总长，所以采用哈夫曼树构造的编码是一种能使电文代码总长最短的不等长编码。 采用哈夫曼树进行编码，也不会产生上述二义性问题。因为，在哈夫曼树中，每个字符结点都是叶结点，它们不可能在根结点到其它字符结点的路径上，所以一个字符的哈夫曼编码不可能是另一个字符的哈夫曼编码的前缀，从而保证了译码的非二义性。 数据结构实验报告实验题目: Huffman编码与解码 姓名: 学号: 院系: 实验名称: Huffman编码与解码实验 问题描述: 本实验需要以菜单形式完成以下功能: 1、输入电文串 2、统计电文串中各个字符及其出现的次数 3、构造哈弗曼树 4、进行哈弗曼编码 5、将电文翻译成比特流并打印出来 6、将比特流还原成电文 数据结构的描述: 逻辑结构: 本实验可用二叉树实现,其逻辑结构为一对二的形式,即一个结点对应两个结点。在实验过程中我们也应用到了栈的概念。 存储结构: 使用结构体来对数据进行存储: typedef struct { int weight; int parent,lc,rc; }HTNode,*HuffmanTree; typedef struct LNode { char *elem; int stacksize; int top; }SqStack; 在main函数里面定义一个哈弗曼树并实现上述各种功能。 程序结构的描述: 本次实验一共构造了10个函数: 1.void HuffTree(HuffmanTree &HT,int n[],int mun); 此函数根据给定的mun个权值构建哈弗曼树,n[]用于存放num个权值。 2、void Select(HuffmanTree &HT,int n,int i,int &s1,int &s2); 此函数用于在HT[1,i-1]中选择parent为0且weight为最小的两个结点,其下标分别为s1,s2、 3.void HuffmanCoding(HuffmanTree HT,char **&HC,int n); 此函数从哈弗曼树HT上求得n 个叶子结点的哈弗曼编码并存入数组HC中。 4.void Coding(HuffmanTree HT,char **HC,int root,SqStack &S); 此函数用于哈弗曼编码,先序遍历哈弗曼树HT,求得每个叶子结点的编码字符串,存入数组HC,S为一个顺序栈,用来记录遍历路径,root就是哈弗曼数组HT中根结点的位置下标。 5.void InitStack(SqStack &S); 此函数用于初始化一个栈。 6.void Pop(SqStack &S,char e); 此函数为出栈操作。 7.void Push(SqStack &S,char e); 此函数为进栈操作。 8.int StackLength(SqStack S); 此函数用于求栈长,返回一个int型的值。 9.int Find(char a,char s[],int num); 此函数用于查找字符a在电文串中的位置。 10.int Recover(HuffmanTree HT,char **HC,char string[],char a[],char b[],int n); 此函数用于将比特流还原成电文。 调试分析: 输入任意一个字符串,如输入welcometoustc:运行结果如下: 哈夫曼树实验报告 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】 计算机科学与技术学院数据结构实验报告 班级 2014级计算机1班学号姓名张建华成绩 实验项目简单哈夫曼编/译码的设计与实现实验日期一、实验目的 本实验的目的是进一步理解哈夫曼树的逻辑结构和存储结构，进一步提高使用理论知识指导解决实际问题的能力。 二、实验问题描述 利用哈夫曼编码进行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，此实验即设计这样的一个简单编/码系统。系统应该具有如下的几个功能： 1、接收原始数据。 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，并将它存于文件中。 2、编码。 利用已建好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件中读入），对文件中的正文进行编码，然后将结果存入文件中。 3、译码。 利用已建好的哈夫曼树将文件中的代码进行译码，结果存入文件中。 4、打印编码规则。 即字符与编码的一一对应关系。 5、打印哈夫曼树， 将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式显示在终端上。 三、实验步骤 1、实验问题分析 1、构造哈夫曼树时使用静态链表作为哈夫曼树的存储。 在构造哈夫曼树时，设计一个结构体数组HuffNode保存哈夫曼树中各结点的信息，根据二叉树的性质可知，具有n个叶子结点的哈夫曼树共有2n-1个结点，所以数组HuffNode的大小设置为2n-1，描述结点的数据类型为： Typedef strcut { Int weight；/*结点权值*/ Int parent； Int lchild； Int rchild； }HNodeType； 2、求哈夫曼编码时使用一维结构数组HuffCode作为哈夫曼编码信息的存储。 求哈夫曼编码，实质上就是在已建立的哈夫曼树中，从叶子结点开始，沿结点的双亲链域回退到根结点，没回退一步，就走过了哈夫曼树的一个分支，从而得到一位哈夫曼码值，由于一个字符的哈夫曼编码是从根结点到相应叶子结点所经过的路 计算机科学与技术学院数据结构实验报告 班级2014级计算机1班学号20144138021 姓名张建华成绩 实验项目简单哈夫曼编/译码的设计与实现实验日期2016.1.5 一、实验目的 本实验的目的是进一步理解哈夫曼树的逻辑结构和存储结构，进一步提高使用理论知识指导解决实际问题的能力。 二、实验问题描述 利用哈夫曼编码进行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，此实验即设计这样的一个简单编/码系统。系统应该具有如下的几个功能： 1、接收原始数据。 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.dat中。 2、编码。 利用已建好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件hfmtree.dat中读入），对文件中的正文进行编码，然后将结果存入文件codefile.dat中。 3、译码。 利用已建好的哈夫曼树将文件codefile.dat中的代码进行译码，结果存入文件textfile.dat中。 4、打印编码规则。 即字符与编码的一一对应关系。 5、打印哈夫曼树， 将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式显示在终端上。 三、实验步骤 1、实验问题分析 1、构造哈夫曼树时使用静态链表作为哈夫曼树的存储。 在构造哈夫曼树时，设计一个结构体数组HuffNode保存哈夫曼树中各结点的信息，根据二叉树的性质可知，具有n个叶子结点的哈夫曼树共有2n-1个结点，所以数组HuffNode的大小设置为2n-1，描述结点的数据类型为： Typedef strcut { Int weight；/*结点权值*/ Int parent； Int lchild； Int rchild； }HNodeType； 2、求哈夫曼编码时使用一维结构数组HuffCode作为哈夫曼编码信息的存储。 求哈夫曼编码，实质上就是在已建立的哈夫曼树中，从叶子结点开始，沿结点的双亲链域回退到根结点，没回退一步，就走过了哈夫曼树的一个分支，从而得到一位哈夫曼码值，由于一个字符的哈夫曼编码是从根结点到相应叶子结点所经过的路径上各分支所组成的0、1序列，因此先得到的分支代码为所求编码的低位码，后得到的分支代码位所求编码的高位码，所以设计如下数据类型： 数据结构实验报告 实验名称：实验3——哈夫曼编码 学生姓名： 班级： 班内序号： 学号： 日期：2013年11月24日 1．实验要求 利用二叉树结构实现赫夫曼编/解码器。 基本要求： 1、初始化(Init)：能够对输入的任意长度的字符串s进行统计，统计每个 字符的频度，并建立赫夫曼树 2、建立编码表(CreateTable)：利用已经建好的赫夫曼树进行编码，并将每 个字符的编码输出。 3、编码(Encoding)：根据编码表对输入的字符串进行编码，并将编码后的 字符串输出。 4、译码(Decoding)：利用已经建好的赫夫曼树对编码后的字符串进行译 码，并输出译码结果。 5、打印(Print)：以直观的方式打印赫夫曼树（选作） 6、计算输入的字符串编码前和编码后的长度，并进行分析，讨论赫夫曼 编码的压缩效果。 2. 程序分析 2.1存储结构： struct HNode { char c;//存字符内容 int weight; int lchild, rchild, parent; }; struct HCode { char data; char code[100]; }; //字符及其编码结构 class Huffman { private: HNode* huffTree; //Huffman树 HCode* HCodeTable; //Huffman编码表 public: Huffman(void); void CreateHTree(int a[], int n); //创建huffman树 void CreateCodeTable(char b[], int n); //创建编码表 void Encode(char *s, string *d); //编码 void Decode(char *s, char *d); //解码 void differ(char *,int n); char str2[100];//数组中不同的字符组成的串 int dif;//str2[]的大小 ~Huffman(void); }; 结点结构为如下所示： 三叉树的节点结构： struct HNode//哈夫曼树结点的结构体 { int weight;//结点权值 int parent;//双亲指针 int lchild;//左孩子指针 int rchild;//右孩子指针 char data;//字符 }; 示意图为： int weight int parent int lchild int rchild Char c 编码表节点结构： 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 数据结构实验报告 实验名称：实验三哈夫曼树 学生姓名： 班级： 班内序号： 学号： 日期： 程序分析： 存储结构：二叉树 程序流程： template 2.获得输入字符串的第一个字符，并将其插入到链表尾部,n=1(n记录的是链 表中字符的个数) 3.从字符串第2个字符开始，逐个取出字符串中的字符 将当前取出的字符与链表中已经存在的字符逐个比较，如果当前取出的 字符与链表中已经存在的某个字符相同，则链表中该字符的权值加1。 如果当前取出的字符与链表中已经存在的字符都不相同，则将其加入到 链表尾部，同时n++ =n(tSize记录链表中字符总数，即哈夫曼树中叶子节点总数) 5.创建哈夫曼树 6.销毁链表 源代码： void HuffmanTree::Init(string Input) { Node *front=new Node; 建哈夫曼树（void HuffmanTree::CreateCodeTable(Node *p)） 算法伪代码： 1.创建一个长度为2*tSize-1的三叉链表 2.将存储字符及其权值的链表中的字符逐个写入三叉链表的前tSize个结点 的data域，并将对应结点的孩子域和双亲域赋为空 3.从三叉链表的第tSize个结点开始，i=tSize 3.1从存储字符及其权值的链表中取出两个权值最小的结点x,y，记录其 下标x,y。 3.2将下标为x和y的哈夫曼树的结点的双亲设置为第i个结点 3.3将下标为x的结点设置为i结点的左孩子，将下标为y的结点设置为 i结点的右孩子，i结点的权值为x结点的权值加上y结点的权值，i 结点的双亲设置为空 4. 根据哈夫曼树创建编码表 数据结构实验报告实验名称：实验四排序（题目1） 姓名： 班级： 班内序号： 学号： 1．实验要求 实验目的：学习、实现、对比各种排序算法，掌握各种排序算法的优劣，以及各种算法使用的情况。实验内容：使用简单数组实现下面各种排序算法，并进行比较。 排序算法： 1、插入排序 2、希尔排序 3、冒泡排序 4、快速排序 5、简单选择排序 要求： 1、测试数据分成三类：正序、逆序、随机数据 2、对于这三类数据，比较上述排序算法中关键字的比较次数和移动次数（其中关键字交换 计为3次移动）。 3、对2的结果进行分析，验证上述各种算法的时间复杂度。 编写测试main()函数测试线性表的正确性。 2. 程序分析 2.1 存储结构 2.2 关键算法分析 2.2.1 插入排序 插入排序的基本方法是寻找一个指定元素在待排序元素中的位置，然后插入。一趟直接插入排序的C++描述过程如下： ①将待插入纪录赋值给哨兵r[0]：r[0]=r[i]; ②从后向前进行顺序查找：for(j=i-1;r[0] {r[j+1]=r[j];move++; comp++;} //循环中移动计数器++ comp++; //比较计数器++ r[j+1]=r[0];move++; //移动计数器++ } comp++; //比较计数器++ } cout<<"本次直接插入排序数据长度为："< 数据结构实验报告 实验名称：实验四——链表的排序 学生姓名： 班级： 班内序号： 学号： 日期： 1．实验要求 [内容要求] 使用链表实现下面各种排序算法，并进行比较。 排序算法： 1、插入排序 2、冒泡排序 3、快速排序 4、简单选择排序 5、其他 要求： 1、测试数据分成三类：正序、逆序、随机数据 2、对于这三类数据，比较上述排序算法中关键字的比较次数和移动次数（其 中关键字交换计为3次移动）。 3、对于这三类数据，比较上述排序算法中不同算法的执行时间，精确到微秒 （选作） 4、对2和3的结果进行分析，验证上述各种算法的时间复杂度 编写测试main()函数测试线性表的正确性 代码要求 1、必须要有异常处理，比如删除空链表时需要抛出异常； 2、保持良好的编程的风格： 代码段与段之间要有空行和缩近 标识符名称应该与其代表的意义一致 函数名之前应该添加注释说明该函数的功能 关键代码应说明其功能 3、递归程序注意调用的过程，防止栈溢出 2. 程序分析 2.1 存储结构 [内容要求] 存储结构：双链表 2.2 关键算法分析 [内容要求] 定义类： template 北京邮电大学电信工程学院 数据结构实验报告 实验名称：实验三树 ----- 哈夫曼编/解码器 学生姓名： 班级： 班内序号： 学号： 日期：2014年12月11日 1. 实验要求 利用二叉树结构实现赫夫曼编/解码器。 基本要求： 1、初始化(Init):能够对输入的任意长度的字符串s进行统计，统计每个 字符的频度，并建立赫夫曼树 2、建立编码表(CreateTable)利用已经建好的赫夫曼树进行编码，并将每 个字符的编码输出。 3、编码(Encoding)：根据编码表对输入的字符串进行编码，并将编码后的 字符串输出。 4、译码(Decoding)：禾U用已经建好的赫夫曼树对编码后的字符串进行译 码，并输出译码结果。 5、打印(Print):以直观的方式打印赫夫曼树(选作) 6计算输入的字符串编码前和编码后的长度，并进行分析，讨论赫夫曼编码的压缩效果。 测试数据： I love data Structure, I love Computer。I will try my best to study data Structure. 提示： 1、用户界面可以设计为“菜单”方式：能够进行交互。 2、根据输入的字符串中每个字符出现的次数统计频度，对没有出现的字符 一律不用编码。 2. 程序分析 2.1存储结构 Huffman 树给定一组具有确定权值的叶子结点，可以构造出不同的二叉树，其中带权路径 长度最小的二叉树称为Huffman 树，也叫做最优二叉树 哈夫虽树示意图 root 孩子双亲表示法 _____________________ JL________________ weight Ichild rchild pare nt 数据结构实验报告 实验名称：实验三树——哈夫曼编/解码器 学生姓名： 班级： 班内序号： 学号： 日期：2014年12月11日 1．实验要求 利用二叉树结构实现赫夫曼编/解码器。 基本要求： 1、初始化(Init)：能够对输入的任意长度的字符串s进行统计，统计每个 字符的频度，并建立赫夫曼树 2、建立编码表(CreateTable)：利用已经建好的赫夫曼树进行编码，并将每 个字符的编码输出。 3、编码(Encoding)：根据编码表对输入的字符串进行编码，并将编码后的 字符串输出。 4、译码(Decoding)：利用已经建好的赫夫曼树对编码后的字符串进行译 码，并输出译码结果。 5、打印(Print)：以直观的方式打印赫夫曼树（选作） 6、计算输入的字符串编码前和编码后的长度，并进行分析，讨论赫夫曼 编码的压缩效果。 测试数据： I love data Structure, I love Computer。I will try my best to study data Structure. 提示： 1、用户界面可以设计为“菜单”方式：能够进行交互。 2、根据输入的字符串中每个字符出现的次数统计频度，对没有出现的 字符一律不用编码。 2. 程序分析 2.1 存储结构 Huffman树 给定一组具有确定权值的叶子结点，可以构造出不同的二叉树，其中带权路径长度最小的二叉树称为Huffman树，也叫做最优二叉树。 weight lchild rchild parent 2-1-1-1 5-1-1-1 6-1-1-1 7-1-1-1 9-1-1-1 weight lchild rchild parent 2-1-15 5-1-15 6-1-16 7-1-16 9-1-17 7017 数据结构实验报告 1．实验要求 (1)实验目的 通过选择下面两个题目之一，学习、实现、对比各种排序算法，掌握各种排序算法的优劣，以及各种算法使用的情况。 (2)实验内容 使用简单数组实现下面各种排序算法，并进行比较。 排序算法： 1、插入排序 2、希尔排序 3、冒泡排序 4、快速排序 5、简单选择排序 6、堆排序（选作） 7、归并排序（选作） 8、基数排序（选作） 9、其他 要求： 1、测试数据分成三类：正序、逆序、随机数据 2、对于这三类数据，比较上述排序算法中关键字的比较次数和移动次数（其 中关键字交换计为3次移动）。 3、对于这三类数据，比较上述排序算法中不同算法的执行时间，精确到微秒 （选作） 4、对2和3的结果进行分析，验证上述各种算法的时间复杂度 编写测试main()函数测试排序算法的正确性。 2. 程序分析 2.1 存储结构 顺序表: 示意图： 2.2 关键算法分析 （1）测试数据的产生：正序、逆序、随机数据 用两个数组实现乱序、顺序以及逆序数据的排序。 基本思想为：随机序列产生一个指定长度的乱序序列，然后通过memcpy()函数拷贝到第 二个数组里，第二个数组作为乱序序列的保存数组，每次对第一个数组进行排序，之后拷贝第二个数组中的乱序序列到第一个数组，实现各次乱序排列。只要算法正确（第一步可以检验），之后顺序排列只需反复对第一个数组进行操作即可，再后用第二个数组保存逆序数组，然后同样在每次排序之后复制第二数组存储的乱序序列到第一组，对第一组反复排序即可。 <1> pRandom1=new long int[Max+1];pRandom2=new long int[Max+1]; <2> srand((unsigned)time(NULL)); for(int i = 1; i <= Max;i++ ) pRandom2[i]=rand(); <3> memcpy(obj.pRandom1,obj.pRandom2,(Max+1)*sizeof(long int)); （2）排序算法： <1>插入排序：依次将待排序的序列中的每一个记录插入到先前排序好的序列中，直到全部记录排序完毕。 /1/int j=0; /2/ for(int i =2; i <= Max;i++) parray[0]=parray[i];comparetimes[0]++; /4/parray[j+1]=parray[0];movetimes[0]+=2; 示意图： r1,r2,r3,…,ri-1,ri,ri+1,…,rn 有序区待插入无序区 <2>希尔排序：先将整个序列分割成若干个子列，分别在各个子列中运用直接插入排序，待整个序列基本有序时，再对全体记录进行一次直接插入排序。 int Sort::ShellSort(long int parray[]) {int j=0; for(int d=Max/2;d>=1;d/=2) {for(int i=d+1;i<=Max;i++) { parray[0]=parray[i]; comparetimes[1]++; for(j=i-d;j>0 && parray[0] 题目：哈夫曼编/译码器 一、题目要求： 写一个哈夫曼码的编/译码系统，要求能对要传输的报文进行编码和解码。构造哈夫曼树时，权值小的放左子树，权值大的放右子树，编码时右子树编码为1，左子树编码为0. 二、概要设计： 数据结构： typedef struct { int bit[MAXBIT]; int start; } HCodeType; /* 编码结构体 */ typedef struct { int weight; int parent; int lchild; int rchild; char value; } HNode; /* 结点结构体 */ 函数： void DEMONHuffmanTree (HNode HuffNode[MAXNODE], int n) 作用：构造一个哈夫曼树，并循环构建 int main () 作用：运用已经构建好的哈弗曼树，进行节点的处理，达到成功解码编译 三、详细设计： 哈夫曼树的建立： void DEMONHuffmanTree (HNode HuffNode[MAXNODE], int n) { int i = 0, j, m1, m2, x1, x2; char x; /* 初始化存放哈夫曼树数组 HuffNode[] 中的结点 */ while (i HuffNode[i].rchild =-1; scanf("%c",&x); scanf("%c",&HuffNode[i].value); //实际值，可根据情况替换为字母 i++; } /* 输入 n 个叶子结点的权值 */ scanf("%c",&x); for(i=0;i 哈夫曼编码： 哈夫曼编码，又称霍夫曼编码，是一种编码方式，哈夫曼编码是可变字长编码的一种。Huffman于1952年提出一种编码方法，该方法完全依据字符出现概率来构造异字头的平均长度最短的码字，有时称之为最佳编码，一般就叫做Huffman编码。 发展历史： 1951年，哈夫曼和他在MIT信息论的同学需要选择是完成学期报告还是期末考试。导师Robert M. Fano给他们的学期报告的题目是，寻找最有效的二进制编码。由于无法证明哪个已有编码是最有效的，哈夫曼放弃对已有编码的研究，转向新的探索，最终发现了基于有序频率二叉树编码的想法，并很快证明了这个方法是最有效的。由于这个算法，学生终于青出于蓝，超过了他那曾经和信息论创立者香农共同研究过类似编码的导师。 1952年，David A. Huffman在麻省理工攻读博士时发表了《一种构建极小多余编码的方法》（A Method for the Construction of Minimum-Redundancy Codes）一文，它一般就叫做Huffman编码。 Huffman在1952年根据香农（Shannon）在1948年和范若（Fano）在1949年阐述的这种编码思想提出了一种不定长编码的方法，也称霍夫曼（Huffman）编码。霍夫曼编码的基本方法是先对图像数据扫描一遍，计算出各种像素出现的概率，按概率的大小指定不同长度的唯一码字，由此得到一张该图像的霍夫曼码表。编码后的 图像数据记录的是每个像素的码字，而码字与实际像素值的对应关系记录在码表中。 赫夫曼编码是可变字长编码(VLC)的一种。Huffman于1952年提出一种编码方法，该方法完全依据字符出现概率来构造异字头的平均长度最短的码字，有时称之为最佳编码，一般就称Huffman 编码。下面引证一个定理，该定理保证了按字符出现概率分配码长，可使平均码长最短。 树和哈夫曼树实验报告 一．实验目的 练习树和哈夫曼树的有关操作，和各个算法程序，理解哈夫曼树的编码和译码 二．实验环境 Microsoft visual c++ 三．实验问题描述 1. 问题描述：建立一棵用二叉链表方式存储的二叉树，并对其进行遍历（先序、中序和后序），打印输出遍历结果。 基本要求：从键盘接受输入先序序列，以二叉链表作为存储结构，建立二叉树（以先序来建立），并将此二叉树按照“树状形式”打印输出，然后对其进行遍历（先序、中序和后序），最后将遍历结果打印输出。在遍历算法中要求至少有一种遍历采用非递归方法。 测试数据： ABC??DE?G??F???（其中?表示空格字符） 输出结果为： 先序：ABCDEGF 先序：CBEGDFA 先序：CGEFDBA 2. 问题描述：利用哈夫曼编码进行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，在接受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码的编/译码系统。 基本要求：(至少完成功能1-2） 一个完整的系统应具有以下功能： 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。 基本要求： E：编码（Encoding）。利用已建好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件hfmTree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文件写入文件CodePrint中。 T：印哈夫曼树（TreePrinting）。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： 设权值w=（5，29，7，8，14，23，3，11），n=8。 按照字符‘0’或‘1’确定找左孩子或右孩子，则权值对应的编码为： 5：0001，29：11，7：1110，8：1111 14：110，23：01，3：0000，11：001 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”。 四．实验主要程序流 数据结构实验三哈夫曼树实验报告 题目：哈夫曼编/译码器 一、题目要求： 写一个哈夫曼码的编/译码系统，要求能对要传输的报文进行编码和解码。构造哈夫曼树时，权值小的放左子树，权值大的放右子树，编码时右子树编码为1，左子树编码为0. 二、概要设计： 数据结构： typedef struct { int bit[MAXBIT]; int start; } HCodeType; /* 编码结构体 */ typedef struct { int weight; int parent; int lchild; int rchild; char value; } HNode; /* 结点结构体 */ 函数： void DEMONHuffmanTree (HNode HuffNode[MAXNODE], int n) 作用：构造一个哈夫曼树，并循环构建 int main () 作用：运用已经构建好的哈弗曼树，进行节点的处理，达到成功解码编译 三、详细设计： 哈夫曼树的建立： void DEMONHuffmanTree (HNode HuffNode[MAXNODE], int n) { int i = 0, j, m1, m2, x1, x2; char x; /* 初始化存放哈夫曼树数组HuffNode[] 中的结点*/ while (i哈夫曼树编码译码实验报告(DOC)
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