数据实验报告书-哈夫曼树与哈夫曼编码

《数据结构》
实
验
报
告
书
实验内容：哈夫曼树与哈夫曼编码
201100814***
计科111 ***
前言
计算机编程中加工处理的对象是数据，而数据具有一定的组织结构，所以学习计算机编程仅仅了解计算机语言是不够的，还必须掌握数据的组织、存储和运算的一般方法，这便是数据结构课程中所研究的内容，也是我们编写计算机程序的重要基础，由于它对计算机学科起到承前启后的作用，因此本课程被列为计算机等相关专业最重要的专业基础课；同时数据结构是计算机专业教学的一门核心课程。

计算机各领域都要用到各种数据结构，而且要从事计算机科学与技术工作，尤其是计算机领域的软件开发工作，必须具备较强的数据结构基础。

数据结构课程内容丰富、学习量大，实践性强；隐含在各部分内容中的方法和技术多；算法设计具有动态性和抽象性等特点，看懂听明白与掌握会应用之间有相当大的一段距离。

所以学生必须多实践才能进一步加深对课程的理解，理解和掌握算法设计所需的方法和技术，为整个专业学习打下良好的基础。

一、实验目的
1、使学生熟练掌握哈夫曼树的生成算法。

2、熟练掌握哈夫曼编码的方法。

二、实验内容
[问题描述]
已知n个字符在原文中出现的频率，求它们的哈夫曼编码。

[基本要求]
1. 初始化：从键盘读入n个字符，以及它们的权值，建立Huffman
树。

（具体算法可参见教材P147的算法 6.12）
2. 编码：根据建立的Huffman树，求每个字符的Huffman编码。

对给定的待编码字符序列进行编码。

[选作内容]
１. 译码：利用已经建立好的Huffman树，对上面的编码结果译码。

译码的过程是分解电文中的字符串，从根结点出发，按字符’0’和’1’确定找左孩子或右孩子，直至叶结点，便求得该子串相应的字符。

4. 打印 Huffman树。

［测试数据］
利用教材P.148 例6－2中的数据调试程序。

可设8种符号分别为A,B,C,D,E,F,G,H。

编/译码序列为“CFBABBFHGH”(也可自己设定数据进行测试)。

［实验前的准备工作］
1、掌握树的逻辑结构。

2、掌握哈夫曼树的定义及生成算法。

3、掌握哈夫曼编码的方法。

［实验报告要求］
1、实验报告要按照实验报告格式规范书写。

2、实验上要写出多批测试数据的运行结果。

3、结合运行结果，对程序进行分析。

三、算法设计
1、程序所需头文件已经预处理宏定义以及变量如下
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<conio.h>
#include<string.h>
typedef struct node
{
char ch;
int data;
struct node *parent;
struct node *lchild,*rchild,*next;
}hufnode;
typedef hufnode* linkhuf;
typedef struct HFcode
{
char ch;
int data;
int code[20];
int top;
}tagHFcode;
linkhuf insert(linkhuf root,linkhuf s)
{
linkhuf p1,p2;
if(root == NULL)
root = s;
else
{
p1 = NULL;
p2 = root;
while(p2 && p2->data < s->data)
{
p1 = p2;
p2 = p2->next;
}
s->next = p2;
if(p1 == NULL) root = s; else p1->next = s;
}
return root;
}
2、创建哈夫曼树
void createhuffman(linkhuf *root)
{
linkhuf s,r1,rr;
while(*root && (*root)->next)
{
r1 = *root;
rr = (*root)->next;
*root = rr->next;
s = (linkhuf)malloc(sizeof(hufnode));
s->next = NULL;
s->data = r1->data + rr->data;
s->parent = NULL;
s->lchild = r1;
s->rchild = rr;
r1->parent = s;
rr->parent = s;
r1->next = rr->next = NULL;
*root = insert(*root,s);
}
}
void inorder(linkhuf t)
{
if(t)
{
inorder(t->lchild);
printf("%5d",t->data);
inorder(t->rchild);
}
}
3、哈夫曼编码
void HFcoding(linkhuf root,linkhuf temp,tagHFcode HFcode[],int *leaftop) {
if(root != NULL)
{
if(root->lchild == NULL && root->rchild == NULL)
{
temp = root;
HFcode[(*leaftop)].top = 0;
HFcode[(*leaftop)].ch = root->ch;
HFcode[(*leaftop)].data = root->data;
//HFcode[(*leaftop)].data = root->data;
//HFcode[(*leaftop)].ch = root->ch;
while(temp->parent != NULL)
{
if(temp->parent->lchild == temp)
HFcode[(*leaftop)].code[HFcode[(*leaftop)].top] = 0;
else
HFcode[(*leaftop)].code[HFcode[(*leaftop)].top] = 1;
HFcode[(*leaftop)].top++;
temp = temp->parent;
}
(*leaftop)++;
}
HFcoding(root->lchild,temp,HFcode,leaftop);
HFcoding(root->rchild,temp,HFcode,leaftop);
}
}
4、输出求得的哈夫曼编码
void OutCoding(tagHFcode HFcode[],int leaftop)
{
int i,j=0;
for(i=0;i<leaftop;i++)
{
printf("%d\t",HFcode[i].data);
j = HFcode[i].top - 1;
while(j>=0 )
{
printf("%d",HFcode[i].code[j]);
j--;
}
printf("\n");
}
}
四、调试与测试
我们开始测试数据：
如输入：A B C D E F G H
输出结果如图
说明我们成功的完成了程序。

五、总结
通过做这次实验，发现自己在数据结构这门课中还有很多不足有很多知识还没掌握，所以在写程序的时候出现了很多的错误，及还有很多的知识不以灵活运用，特别是对栈和队列的操作问题。

因为以前C语言没有掌握好，所以这次做本次实验还是有点吃力，刚开始完全没有思，后来经过查找资料，在自己的努力下和同学的帮助下，终于完了本次实验。

此次实验发现的自己的不足，我相信在以后的学习中，我会更加的努力。

六、源代码
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<conio.h>
#include<string.h>
typedef struct node
{
char ch;
int data;
struct node *parent;
struct node *lchild,*rchild,*next;
}hufnode;
typedef hufnode* linkhuf;
typedef struct HFcode
{
char ch;
int data;
int code[20];
int top;
}tagHFcode;
linkhuf insert(linkhuf root,linkhuf s)
{
linkhuf p1,p2;
if(root == NULL)
root = s;
else
{
p1 = NULL;
p2 = root;
while(p2 && p2->data < s->data)
{
p1 = p2;
p2 = p2->next;
}
s->next = p2;
if(p1 == NULL) root = s; else p1->next = s; }
return root;
}
void createhuffman(linkhuf *root)
{
linkhuf s,r1,rr;
while(*root && (*root)->next)
{
r1 = *root;
rr = (*root)->next;
*root = rr->next;
s = (linkhuf)malloc(sizeof(hufnode));
s->next = NULL;
s->data = r1->data + rr->data;
s->parent = NULL;
s->lchild = r1;
s->rchild = rr;
r1->parent = s;
rr->parent = s;
r1->next = rr->next = NULL;
*root = insert(*root,s);
}
}
void inorder(linkhuf t)
{
if(t)
{
inorder(t->lchild);
printf("%5d",t->data);
inorder(t->rchild);
}
}
void HFcoding(linkhuf root,linkhuf temp,tagHFcode HFcode[],int *leaftop) {
if(root != NULL)
{
if(root->lchild == NULL && root->rchild == NULL)
{
temp = root;
HFcode[(*leaftop)].top = 0;
HFcode[(*leaftop)].ch = root->ch;
HFcode[(*leaftop)].data = root->data;
while(temp->parent != NULL)
{
if(temp->parent->lchild == temp)
HFcode[(*leaftop)].code[HFcode[(*leaftop)].top] = 0; else
HFcode[(*leaftop)].code[HFcode[(*leaftop)].top] = 1; HFcode[(*leaftop)].top++;
temp = temp->parent;
}
(*leaftop)++;
}
HFcoding(root->lchild,temp,HFcode,leaftop);
HFcoding(root->rchild,temp,HFcode,leaftop);
}
}
//输出求得的哈夫曼编码
void OutCoding(tagHFcode HFcode[],int leaftop)
{
int i,j=0;
for(i=0;i<leaftop;i++)
{
printf("%d\t",HFcode[i].data);
j = HFcode[i].top - 1;
while(j>=0 )
{
printf("%d",HFcode[i].code[j]); j--;
}
printf("\n");
}
}
int main()
{
tagHFcode HFcode[20];
linkhuf f = NULL;
linkhuf temp = NULL;
linkhuf p[6];
int i;
int a[20];
char ch;
int leaftop = 0;
printf("请输入各节点的节点值和权值：\n");
for(i=0;i<7;i++)
{
p[i] = (linkhuf)malloc(sizeof(hufnode)); scanf("%c",&(p[i]->ch));
getchar();
scanf("%d",&(p[i]->data));
p[i]->lchild = NULL;
p[i]->rchild = NULL;
p[i]->next = NULL;
f = insert(f,p[i]);
}
createhuffman(&f);
printf("\n\n\n");
printf("中序遍历hufman树的结果为：\n");
inorder(f);
HFcoding(f,temp,HFcode,&leaftop);
printf("\nhuffman编码为:\n");
OutCoding(HFcode,leaftop);
printf("\n");
system("pause");
return 0;
}。