哈夫曼编码译码器数据结构C语言

哈夫曼编码译码器数据结构C语言
一、需求分析
目前，进行快速远距离通信的主要手段是电报，即将需传送的文字转化成由二级制的字符组成的字符串。

例如，假设需传送的电文为“ABACCDA”，它只有4种字符，只需两个字符的串，便可以分辨。

假设A、B、C、D、的编码分别为00,01,10和11，则上述7个字符的电文便为“00010010101100”，总长14位，对方接受时，可按二位一分进行译码。

当然，在传送电文时，希望总长尽可能地短。

如果对每个字符设计长度不等的编码，且让电文中出现次数较多的字符采用尽可能短的编码，则传送电文的总长便可减少。

如果设计A、B、C、D的编码分别为0,00,1,01，则上述7个字符的电文可转换成总长为9的字符串“000011010”。

但是，这样的电文无法翻译，例如传送过去的字符串中前4个字符的字串“0000”就可以有很多种译法，或是“AAAA”或者“BB”，或者“ABA”等。

因此，若要设计长短不等的编码，则必须是任一字符的编码都不是另一个字符的编码的前缀，这种编码称作前缀编码。

然而，如何进行前缀编码就是利用哈夫曼树来做，也就有了现在的哈夫曼编码和译码。

二、概要设计
利用哈夫曼树编/译码 （一）、建立哈夫曼树 （二）、对哈夫曼树进行编码 （三）、输出对应字符的编码 （四）、译码过程
主要代码实现：
struct code //结构体的定义 { char a; int w; int parent; int lchild; int rchild; };
void creation(code *p,int n,int m); //建立哈夫曼树 void coding(code *p,int n); //编码
void display(code *p,int n,int m); //输出函数 void translate(char **hc,code *p,int n); //译码
三、 详细设计
（一）、建立哈夫曼树
1 2 3 4 5 * * *
6 7
序字1
（二）、对哈夫曼树进行编码 主要代码实现： for(c=i,f=p[i].parent;f!=0;c=f,f=p[f].parent) {
if(p[f].lchild==c) //
左孩子编码为'0' {
cd[--start]='0'; }
else //右孩子编码为'1' {
cd[--start]='1'; } }
（三）、输出对应字符的码
权 1 2 3 4 3 6 1
a b
*
1 2 1 2 1 2 3 3 6
4 3 6
图图
图 a b *
c *
d * 1
1 0 1
0 图
从叶子到根逆
（四）、译码过程
主要代码实现：
if(strcmp(a,hc[i])==0) //比较两个字符串是否相等，相等则输出0
{
for(c=2*n-1,j=0;a[j]!='\0';j++) //从根出发，按字符'0'或'1'确定找左孩子或右孩子
{
if(a[j]=='0') //左孩子
{
c=p[c].lchild;
}
else
{
c=p[c].rchild; //右孩子}
表
a b
*
c
*
d
*
1
1
1 从跟到叶子顺
四、调试分析
（一）、数字的输入判断（二）、字母的输入判断图
图图
（三）、程序是否继续进行的
判断
图
五、用户手册
（一）、首先根据提示输入初始化数据，提示输入一个数字，请输入一个数a，0<a<9999；提示输入一个字母，则请输入一个字母（a~z)或者(A~Z)中的一个字符；请勿在输入一个数字后再输入一个字符，或者在输入一个字符后再输入一个数字。

（二）在某一界面结束后，会有“请按回车继续下面操作”提示，请按提示进行操作，如输入其他数字则无效，知道输入回车符界面才会跳转。

（三）对界面的操作可以自行选择，在询问是否译码的时候，请按要求进行选择，在一次译码结束后会询问是否继续译码，如需要则输入y或者Y，输入其他字符则退出程序。

六、测试结果
（一）、初始化
（二）、建立哈夫曼树
（三）、哈夫曼编码（四）、哈夫曼译码（五）、错误判定图6-2 图6-3 图6-4
图
附录：
源代码：
#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<malloc.h>
struct code //结构体的定义
{
char a;
int w;
int parent;
int lchild;
int rchild;
};
void creation(code *p,int n,int m); //建立哈夫曼树void coding(code *p,int n); //编码
void translate(char **hc,code *p,int n);//译码void display(code *p,int n,int m); //输出函数//主函数
void main()
{
int i,n,m;
code *ht;
printf("字符的数量:\n(请输入一个大于0的数字,输入多个数字则按第一个数字运行)\n");
while(scanf("%d",&n)!=1||n<0||n>9999)
{
printf("重新输入：\n");
fflush(stdin);
}
m=2*n-1; //哈夫曼树中没有度为1的结点，故含有m=2n-1个结点
ht=(code*)malloc((m+1)*sizeof(code));//动态申请内存
for(i=1;i<=n;i++) //对1~n的数进行初始化
{
printf("输入编码中的字符(请输入一个字母):\n");
fflush(stdin);
scanf("%c",&ht[i].a);
while(!(ht[i].a>'a'||ht[i].a<'z'||ht[i].a>'A'||ht[i].a<'Z '))
{
printf("重新输入：\n");
fflush(stdin);
scanf("%c",&ht[i].a);//清空输入缓冲区，往往是确保不影响后面数据的读取
}
printf("输入字符的权值(请输入一个数字):\n");
while(scanf("%d",&ht[i].w)!=1||ht[i].w<0||ht[i].w> 9999)
{
printf("重新输入：\n");
fflush(stdin); //清空输入缓冲区，往往是确保不影响后面数据的读取
}
ht[i].lchild=0;
ht[i].rchild=0;
ht[i].parent=0;
}
for(i=n+1;i<=m;i++) //对n+1~2n-1的数进行初始化
{
ht[i].a='*';
ht[i].w=0;
ht[i].lchild=0;
ht[i].rchild=0;
ht[i].parent=0;
}
creation(ht,n,m);
printf("请按回车进入哈夫曼树对应界面\n"); getchar();
getchar();
system("cls");
display(ht,n,m);
printf("请按回车进入编码对应界面\n"); getchar();
system("cls");
coding(ht,n);
getchar();
}
void creation(code *ht,int n,int m)
{
int i,j,m1,m2,t1,t2;
for(i=n+1;i<=m;i++)
{
j=1; //找到第一个最小值（双亲不为0）while(ht[j].parent!=0) //找到表中第一个没有双亲的结点
{
j++;
}
t1=ht[j].w;
m1=j;
for(j=m1+1;j<=m;j++)
{
if(ht[j].parent==0&&ht[j].w!=0)//条件(ht[j].w!=0)是因为n~2n-1的权值初始值为0
{
if(ht[j].w<t1)
{
t1=ht[j].w;
m1=j;
}
}
}
ht[i].lchild=m1; //h[i]的的左孩子是最小值的序号
j=1; //剩余中找到第二个最小值（双亲不为0）
while(ht[j].parent!=0)
{
j++;
}
t2=ht[j].w;
m2=j;
for(j=m2+1;j<=m;j++)
{
if(ht[j].parent==0&&ht[j].w!=0)
{
if(ht[j].w<t2)
{
t2=ht[j].w;
m2=j;
}
}
}
ht[i].rchild=m2; //h[i]的的左孩子是最小值的序号
ht[i].w=t1+t2; //h[i]的权值是找到的两个值的权值之和
}
}
void coding(code *p,int n)
{
int i,c,f;
char **hc; //指针的指针
char *cd;
char ch;
int start;
hc=(char**)malloc((n+1)*sizeof(char *)); //分配n 个字符编码的头指针向量
cd=(char*)malloc(n*sizeof(char)); //分配求编码的工作空间
cd[n-1]='\0'; //编码结束符
for(i=1;i<=n;i++)
{
start=n-1;
for(c=i,f=p[i].parent;f!=0;c=f,f=p[f].parent)//从叶子到根逆向求编码
{
if(p[f].lchild==c) //左孩子编码为'0'
{
cd[--start]='0';
}
else //右孩子编码为'1'
{
cd[--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]); //从cd复制编码（串）到hc,&是取地址符，即取首地址，从start 位置到'\0'的编码为止。

}
free(cd); //释放工作空间printf("\n输出编码后的结果：\n");
printf("符号数码\n");
for(i=1;i<=n;i++)
{
printf("\n%c %s\n",p[i].a,hc[i]);
}
printf("是否进行译码操作，是则译码，否则退出程序！\n是（输入y/Y）否（输入其他字符）\n"); scanf("%d",&ch);
if(ch=='y'||ch=='Y')
{
translate(hc,p,n);
}
else
exit(0);
}
void translate(char **hc,code *p,int n)
{
char a[10],ch;
int i,j,c;
do
{
printf("\n\n\n请输入编码：\n");
scanf("%s",a); //回车之后会自动生成
'\0'
for(i=1;i<=n;i++)
{
if(strcmp(a,hc[i])==0) //比较两个字符串是否相等，相等则输出0
{
for(c=2*n-1,j=0;a[j]!='\0';j++) //从根出发，按字符'0'或'1'确定找左孩子或右孩子
{
if(a[j]=='0') //左孩子
{
c=p[c].lchild;
}
else
{
c=p[c].rchild; //右孩子
}
}
printf("字符是：\n");
printf("%c\n",p[c].a);
break;
}
}
if(i>n)
{
printf("编码不存在对应的字符！\n");
}
printf("是否继续输入?是（输入y或者Y）否(其他）\n");
fflush(stdin);
scanf("%c",&ch);
}while(ch=='y'||ch=='Y');
}
void display(code *p,int n,int m)
{
int i;
printf("\n序号码值权值双亲左孩子右孩子\n");
for(i=1;i<=m;i++)
{
printf("%d %c %d %d %d
%d\n",i,p[i].a,p[i].w,p[i].parent,p[i].lchild,p[i].rchi ld);
}
}
设计体会
通过这个课程设计，让我对数据结构这门课程有了更深一步的了解，对以后的深造奠定了基础。

本次课程设计的课题是：哈夫曼编码以及译码的实现。

本程序的特色是：结构清晰，内容全面，输入的错误提醒。

在输入的错误的提醒方面，做了很大的改进。

不过在这方面仍存在些许的不足，就是在输入一个字母的时候，如果输入的数据是"ab"，不会提示错误，只会按第一个'a'有效。

在初始化的时候，输入'a3'这种数据，则不会提示错误，而是执行了下一条scanf 语句输入的数字。

学习是一个无止境的过境，我们要善于使用资源，书籍，网络等等，努力地提升自己，为今后的发展做更大的努力。

21。