哈夫曼树和哈夫曼编码——实验报告

实验报告
学生姓名 学号
专业 年级、班级
课程名称 实验项目 排队系统的模拟 实验类型✓ 综合实验时间 年 月 日
实验指导老师 实验评分
1、实验项目名称
哈夫曼树和哈夫曼编码
2、实验目的及要求
掌握哈夫曼树和哈夫曼编码的实现
3、实验内容及步骤
（1）新建一个工程——Win32 Console Application,为工程取名——创建一个简单的程序【S】
（2）进入类视图，添加类——鼠标右键，点击New Class——输入类的名称,点击确定。

（3）将对应代码放入对应文件——5-13代码放入 hfTree.h文件；5-14、5.15代码放入hfTree.cpp文件；5-16代码放入幂函数文件ex 007.cpp。

（//后绿色的字是在分析代码）
（4）组建、编译，运行结果
4、实验结果及分析
5-13 哈夫曼树类的定义代码分析
template <class Type>//模板类
class hfTree{
private:
struct Node//数组中的元素类型：一个结点
{ Type data;//结点值
int weight;//结点的权值
int parent,left,right;//父结点以及左右儿子的下标地址
};
Node *elem;//定义一个数组,elem是数组的起始位置，哈夫曼树被保存在一个数组中
int length;//数组的规模长度
public:
struct hfCode{//保存赫夫曼编码的类型
Type data;//待编码的字符
string code;//对应的哈夫曼编码
};
hfTree(const Type*x,const int*w,int size);//构造函数，构造函数接收一组待编码的字符以及对应的权值，构造一棵哈夫曼树
void getCode(hfCode result[]);//返回哈夫曼编码的函数
~hfTree(){delete []elem;}//析构函数，释放存储空间
};
5-14 哈夫曼树的构造函数代码分析
template <class Type>
hfTree<Type>::hfTree(const Type*v,const int *w,int size)//哈夫曼树的构造函数，有3个参数，一组待编码的符号，符号对应的权值，前面两个数组的数组规模
{ const int MAX_INT=32767;
int min1,min2;//最小树、次小树的权值
int x,y;//最小树、次小树的下标
length=2*size;//保存哈夫曼树的数组规模是符号数组、权值数组的两倍
elem=new Node[length];//申请一个保存哈夫曼树的数组
for(int i=size;i<length;++i)//for循环为数组赋初值
{ elem[i].weight=w[i-size];//将待编码的符号对应的权值放到数组的后半部分
elem[i].data=v[i-size];//将待编码的符号放到数组的后半部分 elem[i].parent=elem[i].left=elem[i].right=0;//将符号的父结点以及左右儿子都设为0，表明它们都是只有根结点的树
}
for(i=size-1;i>0;--i)//for循环完成size-1次的归并
{ min1=min2=MAX_INT;x=y=0;// min1,min2分别保存两棵权值最小的数的权值，x、y分别表示这两棵树的树根在数组中的下标
for(int j=i+1;j<length;++j)//找出父结点为0，且权值最小和次小的两棵树，等待归并的两棵树
if(elem[j].parent==0)
if(elem[j].weight<min1)
{min2=min1;min1=elem[j].weight;x=y;y=j;}
else if(elem[j].weight<min2)
{min2=elem[j].weight;x=j;}
elem[i].weight=min1+min2;//归并这两棵树，形成新树i，i这棵树的权值=min1+min2（分别保存挑选出的两棵权值最小的树的权值） elem[i].left=x;elem[i].right=y;elem[i].parent=0;//将挑选出来
的两个结点作为左、右子树，构建一棵新树，i为根结点
elem[x].parent=i;elem[y].parent=i;//i是挑选出来的两个结点的父结点
}
}
5-15 哈夫曼的getCode函数代码分析
template <class Type>
void hfTree<Type>::getCode(hfCode result[])//哈夫曼树的getCode函数，返回的是一个数组，数组元素类型是hfCode，每一个元素包含待编码的符号和它对应的编码，编码是一个比特串，用字符串类型表示
{ int size=length/2;//符号数组规模=哈夫曼数组规模/2
int p,s;//s是追溯过程中正在处理结点的下标，p是s的父结点下标
for(int i=size;i<length;++i)//读取每一个符号
{result[i-size].data=elem[i].data; // result数组中第一个元素符号是哈夫曼数组elem中间的元素符号，因为哈夫曼数组elem包含了元素符号数组和元素符号权值数组，而符号数组规模=权值数组规模，所以哈夫曼数组elem数组是它们的两倍。

现在要取出符号，所以从哈夫曼数组elem一半开始取
result[i-size].code="";//当前结点对应的哈夫曼编码
p=elem[i].parent;s=i;
while(p){//向根追溯
if(elem[p].left==s)//若发现当前结点是根结点的左儿子
result[i-size].code='0'+result[i-size].code;//则在字符串前添加0
else result[i-size].code='1'+result[i-size].code; //若发现当前结点是根结点的右儿子，则在字符串前添加1
s=p;p=elem[p].parent;//继续往上一层移动，p为更大树的根结点，s 取代原先p的位置
}
}
}
5-16 哈夫曼树的使用实例代码分析
int main()
{ char ch[]={"aeistdn"};//待编码的字符
int w[]={10,15,12,3,4,13,1};//待编码的字符对应的权值
hfTree<char>tree(ch,w,7);//构造函数，字符数组ch，权值数组w,数组规模7
hfTree<char>::hfCode result[7];//定义一个存放编码的数组hfCode tree.getCode(result);//调用getCode函数
for(int i=0;i<7;++i)//for循环，输出字符以及字符对应的哈夫曼编码 cout<<result[i].data<<' '<<result[i].code<<endl;
return 0;
}。