哈夫曼编码译码问题

《数据结构》课程设计报告题目——哈夫曼编码译码问题班级：学号：姓名：时间：一、设计目的与内容1．设计目的熟悉对哈夫曼编码的应用以及构造方法，熟悉对树的存储方式的应用。

2．设计内容：任务：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（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哈夫曼编/译码系统。

要求：1）初始化：从终端输入字符集的大小n，以及n个字符和n个权值，建立哈夫曼树。

2）输出哈夫曼树，及各字符对应的编码。

3）编码：利用建好的哈夫曼树，对输入的待发送电文进行编码。

同时输入原文及编码串。

4）译码：利用建好的哈夫曼树，对输入的已接收电文进行译码。

同时输入编码串及原文。

二、算法的基本思想算法的主要思路是：（1）定义结构体存储赫夫曼树的结点类型（2）定义函数strcpy(char *S1,char *S2)将字符串S2复制到S1（3）定义函数Select(HuffmanTree HT,int t,int &s1,int &s2)在HT[1]到HT[t-1]中找出权值最小的两个S1和S2（4）定义函数HuffmanCoding( HuffmanTree &HT,HuffmanCode &HC,int *w,int n)根据各个字符的权值构造赫夫曼树HT，将对应的赫夫曼编码存储在HC中（5）定义函数InitHuff_T( HuffmanTree &HT, HuffmanCode &HC, char ch[],int &n )初始化赫夫曼数，要求用户输入字符和相应权值（6）定义函数Encoding(HuffmanTree &HT, HuffmanCode &HC, char ch[])根据赫夫曼编码将用户指定的文件中的字符编成相应的编码,并将所得编码存储到用户指定文件（7）定义函数Decoding(HuffmanTree HT, char ch[] , int n)对指定的存储由赫夫曼编码表示的信息的文件进行译码，翻译成相应的字符表示，并存储到指定文件（8）定义函数ReadHuff_T( HuffmanTree &HT, HuffmanCode &HC, char ch[], int &n)从文件读取赫夫曼树（9）定义主函数main()实现相应的功能三、测试数据首先运行程序：请输入你要选择的功能1.初始化2.编码3.译码4.退出1请输入编码字符集的大小n:4请输入第1个字符和该字符的权值w:a1请输入第2个字符和该字符的权值w:b3请输入第3个字符和该字符的权值w:c2请输入第4个字符和该字符的权值w:d64a 110b 10c 111d 0请输入你要选择的功能1.初始化2.编码3.译码4.退出这时在工程目录下建立文件a.txt，内容为：abcda继续执行程序2请输入所要进行编码的文件的文件名:a.txt请输入编码后编码表示的信息所存储到的文件的文件名:c.txt110101110110字符无法识别，程序将退出。

Press any key to continue此时c.txt文件下的内容为：110101110110这时我们将c.txt重命名为CodeFile请输入你要选择的功能1.初始化2.编码3.译码4.退出3请输入所要译的文件名:CodeFile请输入译后的字符存储到的文件的文件名:1.txtabcda此时文件1.txt的内容为：abcda四、源程序及系统文件使用说明#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#define Yes 1 //当程序已经调用过初始化赫夫曼树的InitHuff_T()函数，或已从htfTree文件读取过，则将Init_Mode置为Yes，否则为No#define No 0typedef struct {unsigned int weight;unsigned int parent,lchild,rchild;}HTNode, * HuffmanTree; //存储赫夫曼树的结点类型typedef char * * HuffmanCode; //用于存储字符集中各个字符相应的赫夫曼编码void strcpy(char *S1,char *S2){ //将字符串S2复制到S1int i = 0;while( S2[i] != '\0' ){S1[i] = S2[i];i++;}S1[i] = '\0';}void Select(HuffmanTree HT,int t,int &s1,int &s2){ //在HT[1]到HT[t-1]中找出权值最小的两个S1和S2int i = 1;s1 = s2 = 0;HT[0].weight = 65535;while( i <= t ){ //遍历查找权值最小的结点S1if( HT[i].parent == 0 && HT[i].weight < HT[s1].weight )s1 = i;i++;}i = 1;while( i <= t ){ //遍历查找除S1外权值最小的结点S2if( i != s1 && HT[i].parent == 0 && HT[i].weight < HT[s2].weight )s2 = i;i++;}}int HuffmanCoding( HuffmanTree &HT,HuffmanCode &HC,int *w,int n){ //根据各个字符的权值构造赫夫曼树HT，将对应的赫夫曼编码存储在HC中int s1,s2,m,i,start;unsigned int c,f;HTNode * p;char *cd;if( n <= 1 ) return 0;m = 2 * n - 1; //赫夫曼树的总结点树为mHT = (HuffmanTree)malloc((m + 1) * sizeof(HTNode)); //申请存储赫夫曼树的空间for(p = HT + 1, i = 1; i <= n; ++i, ++p, ++w){ //将各个叶子结点的weight赋以相应的权值，parent,lchild,rchild均赋为0p->weight = *(w+1);p->parent = p->lchild = p->rchild = 0;}for( ; i <= m; ++i, ++p ){ //将各个非叶子结点的weight,parent,lchild,rchild均赋为0p->weight = p->parent = p->lchild = p->rchild = 0;}for( i = n + 1; i <= m; ++i ){ //构造赫夫曼树，给各个非叶子结点赋值Select(HT, i - 1, s1, s2);HT[s1].parent = i; HT[s2].parent = i;HT[i].lchild = s1; HT[i].rchild = s2;HT[i].weight = HT[s1].weight + HT[s2].weight;}HC = (HuffmanCode)malloc((n + 1) * sizeof(char *)); //申请空间，用于存储指向存储各个字符相应赫夫曼编码的字符数组的指针cd = (char *)malloc(n * sizeof(char)); //申请用于求赫夫曼编码cd[n - 1] = '\0'; //编码结束符for( i = 1; i <= n; ++i){ //逐个字符求赫夫曼编码start = n -1; //编码在数组cd[]中的最前位置for(c = i,f = HT[i].parent; f != 0; c = f, f = HT[f].parent) //从叶子到根逆向求编码if(HT[f].lchild == c)cd[ --start ] = '0';elsecd[ --start ] = '1';HC[i] = (char *)malloc((n - start)*sizeof(char)); //为第i个字符编码分配空间strcpy(HC[i], &cd[start]); //将cd[]数组的start位置到n-1位置复制给HC[i]}free(cd); //释放空间return 1;}void InitHuff_T( HuffmanTree &HT, HuffmanCode &HC, char ch[],int &n ){ //初始化赫夫曼数，要求用户输入字符和相应权值int i = 1,w[100],tem,j;char a[20];FILE *save;printf("请输入编码字符集的大小n:");scanf("%d",&n); //获取用户输入的字符集个数while( i <= n ){ //获取用户输入的字符和相应权值，分别存储在ch[]和w[]数组中printf("请输入第%d个字符和该字符的权值w:",i);fflush(stdin);scanf("%c%d",&ch[i],&w[i]);i++;}ch[i] = '\0';HuffmanCoding(HT,HC,w,n); //根据用户的输入，生成赫夫曼数及各个字符相应的赫夫曼编码，分别存在HT树和HC中if(( save = fopen("htfTree","w")) == NULL ){ //打开用于存储赫夫曼树的文件printf("Open file fail......\n");exit(0);}tem = n; //接下来的14行是将字符集大小转换成字符形式写入到文件中j = 0;while( tem != 0 ){tem = tem / 10;j++;}tem = n;a[j] = '\0';while( tem != 0 ){a[j - 1] = (char)(tem % 10 + 48);tem = tem / 10;j--;}fputs(a,save);printf("%d\n",n); //向屏幕输出字符集大小nfputc('\n',save);for( i = 1; i <= n; i++ ){ //分别向文件和屏幕输出各个字符和相应的赫夫曼编码fputc(ch[i],save); printf("%c\t",ch[i]);fputc('\t',save);fputs(HC[i],save); printf("%s\n",HC[i]);fputc('\n',save);}for(i = 1; i <= 2 * n - 1; i++ ){ //将赫夫曼树各个结点的parent,lchild,rchild分别写入到文件中tem = HT[i].parent; //将i结点的parent转换成字符并写入到文件中if(tem == 0){fputc(tem + 48,save);fputc(' ',save);}else{j = 0;while( tem != 0 ){tem = tem / 10;j++;}tem = HT[i].parent;a[j] = '\0';while( tem != 0 ){tem = tem / 10;j--;}fputs(a,save);fputc(' ',save);}tem = HT[i].lchild; //将i结点的lchild转换成字符并写入到文件中if(tem == 0){fputc(tem + 48,save);fputc(' ',save);}else{j = 0;while( tem != 0 ){tem = tem / 10;j++;}tem = HT[i].lchild;a[j] = '\0';while( tem != 0 ){a[j - 1] = (char)(tem % 10 + 48);tem = tem / 10;j--;}fputs(a,save);fputc(' ',save);}tem = HT[i].rchild; //将i结点的rchild转换成字符并写入到文件中if(tem == 0){fputc(tem + 48,save);fputc('\n',save);}else{j = 0;while( tem != 0 ){tem = tem / 10;j++;}tem = HT[i].rchild;a[j] = '\0';while( tem != 0 ){tem = tem / 10;j--;}fputs(a,save);fputc('\n',save);}}fclose(save);}void Encoding(HuffmanTree &HT, HuffmanCode &HC, char ch[]){ //根据赫夫曼编码将用户指定的文件中的字符编成相应的编码,并将所得编码存储到用户指定文件FILE *ToBeTran,*CodeFile;char ToBeTran_Name[100],CodeFile_Name[100]; //存储用户指定文件的文件名int i;char c;printf("请输入所要进行编码的文件的文件名:");scanf("%s",ToBeTran_Name); //获得所要进行编码的文件的文件名if(( ToBeTran = fopen(ToBeTran_Name,"r")) == NULL ){ //打开文件printf("Open file fail......\n");exit(0);}printf("请输入编码后编码表示的信息所存储到的文件的文件名:");scanf("%s",CodeFile_Name); //获得编码后编码表示的信息所存储到的文件的文件名if(( CodeFile = fopen(CodeFile_Name,"w")) == NULL ){ //打开文件printf("Open file fail......\n");exit(0);}c = fgetc(ToBeTran); //从文件读取一个字符while( c != EOF ){ //对文件中的各个字符进行编码，直至文件结尾i = 1;while( c != ch[i] && ch[i] != '\0' ) //在ch[]数组中查找从文件读取的字符i++;if(ch[i] == '\0'){ //未找到，c不在ch[]数组中，c无法被识别，程序出错，退出printf("字符%c无法识别，程序将退出。