哈弗曼编译码器 (罗忠霖)

《数据结构》实验报告题目： 实验五 哈夫曼编/译码器 学号：2010810072 成 绩班级： 计算1013 日期：2011.11.15 姓名：罗忠霖 指导老师：杨艳华一、实验目的：本次的实验目的在于使读者深入了解树的特性，以便在实际问题背景下灵活运用他们；同时还将巩固掌握对树结构的构造方法的理解，并且回顾文件操作的使用。

二、实验环境：本次试验在VC++环境下调试。

三、实验内容与完成情况：1．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，缩短信息传输的时间，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。

对于双工信道，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。

2．基本要求一个完整的系统应具有以下功能：（1） 初始化，构造哈弗曼树。

（2） 编码。

（3） 译码。

（4） 印代码文件。

（5） 印哈弗曼树。

3.程序代码#include<stdio.h> #include<stdlib.h> #include<string.h> #include<conio.h> typedef struct { char chr1; int weight; int parent,lchild,rchild; }HTNode,*HuffmanTree; typedef struct { char chr; int w1; char *code;//编码}Ch;//字符和对应的权值及编码void Select(HuffmanTree &HT1,int j,int &s1,int &s2);void HuffmanCoding(HuffmanTree &HT, Ch *w, int n);//构造哈夫曼树HTvoid encoding(HuffmanTree &HT, Ch *ch, int n);//求每个字符的哈夫曼编码void Encoding(Ch *ch1, int n);//编码void Decoding(HuffmanTree &HT,int sum);//译码void caidan();void Printf();void main(){FILE *p;int choice,n1,w2=1;int i,flag=1,m;char ch;HuffmanTree HTr;Ch *c;caidan();while(flag){loop: printf("\n*请选择(0-5)：");scanf("%d",&choice);switch(choice){case 1:printf("请输入字符集大小n=");scanf("%d",&n1);c=(Ch *)malloc((n1+1)*sizeof(Ch));flushall();for(i=1;i<=n1;i++){printf("请输入字符及其权值：");scanf("%c%d",&ch,&w2);c[i].chr=ch;c[i].w1=w2;flushall();}HuffmanCoding(HTr,c,n1);encoding(HTr,c,n1);break;case 2:Encoding(c,n1);break;case 3:Decoding(HTr,n1);break;case 4:Printf();break;case 5: m=2*n1-1;if((p=fopen("TreePrint.txt","w"))==NULL)printf("File could not be opened\n");else{fprintf(p,"\n哈夫曼树的构造如下所示：\n");fprintf(p," 结点weight parent lchild rchild");for (i=1; i<=m; i++){fprintf(p,"\n%4d%8d%8d%8d%8d",i,HTr[i].weight,HTr[i].parent,HTr[i].lchild, HTr[i].rchild);}}fclose(p);printf("\n哈夫曼树的构造如下所示：\n");printf(" 结点weight parent lchild rchild");for(i=1; i<=m; i++){printf("\n%4d%8d%8d%8d%8d",i,HTr[i].weight,HTr[i].parent,HTr[i].lchild, HTr[i].rchild);}break;case 0: flag=0;printf("你选择了推出程序,欢迎使用!\n");break;default:goto loop;}}}void caidan(){ printf("\n*****************哈夫曼编译器*****************\n");printf(" 1.初始化\n");printf(" 2.编码\n");printf(" 3.译码\n");printf(" 4.打印代码文件\n");printf(" 5.打印哈夫曼树\n");printf(" 6.退出系统\n");printf("**********************************************\n");}void Select(HuffmanTree &HT1,int j,int &s1,int &s2){//在HT[1...j]中选择parent为0且weight最小的两个结点，其序号分别为s1和s2int i=0,d=0,h;for(i=j;i>=0;i--){if(HT1[i].parent!=0) //在双亲不为0的条件下continue;if(d==0) //用s1记录第一个双亲为0的元素所在的位置{s1=i;d++;}else if(d==1) //用s2记录第而个双亲为0的元素所在的位置{s2=i;d++;}else if(d==2){if(HT1[s1].weight<=HT1[s2].weight ) //s2用于存储最小值的位置{h=s1;s1=s2;s2=h;}if(HT1[i].weight<HT1[s1].weight ) //s1用于存放次小值的位置s1=i;}}}void HuffmanCoding(HuffmanTree &HT, Ch *w, int n){// *w存放n个字符的权值(均>0),构造哈夫曼树HTFILE *p;int i, j, m, s1, s2;if (n<=1) return;m = 2 * n - 1;//树的结点总数HT = (HuffmanTree)malloc((m+1) * sizeof(HTNode)); // 0号单元未用for (i=1; i<=n; i++){ //初始化HT[i].chr1=w[i].chr;HT[i].weight=w[i].w1;//HT[i].parent=0;HT[i].lchild=0;HT[i].rchild=0;}for (i=n+1; i<=m; i++){ //初始化HT[i].weight=0;HT[i].parent=0;HT[i].lchild=0;HT[i].rchild=0;}for (i=n+1; i<=m; i++)// 建哈夫曼树{// 在HT[1...i-1]中选择parent为0且weight最小的两个结点，其序号分别为s1和s2。

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;}if((p=fopen("hfmTree.txt","w"))==NULL)printf("File could not be opened\n");else{fprintf(p,"\n哈夫曼树的构造如下所示：\n");fprintf(p," 结点weight parent lchild rchild");for (i=1; i<=m; i++){fprintf(p,"\n%4d%8d%8d%8d%8d",i,HT[i].weight,HT[i].parent,HT[i].lchild, HT[i].rchild);}}fclose(p);}void encoding(HuffmanTree &HT, Ch *ch, int n){ //--- 从叶子到根逆向求每个字符的哈夫曼编码---int i,c,f,start;//char *cd;cd = (char *)malloc(n*sizeof(char)); // 分配求编码的工作空cd[n-1] = '\0'; // 编码结束符。

for (i=1; i<=n; ++i)// 逐个字符求哈夫曼编码{start = n-1; // 编码结束符位置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';else cd[--start] = '1';}ch[i].code = (char *)malloc((n-start)*sizeof(char)); // 为第i个字符编码分配空间strcpy(ch[i].code, &cd[start]); // 从cd复制编码(串)到code}free(cd); // 释放工作空间}void Encoding(Ch *ch1, int n)//利用已经建立的哈弗曼树编码对输入的字符进行哈弗曼编码{FILE *q1,*q2;//char a[100]; //用于存放输入的字符char num[1000],c;char *p=num; //用于存放字符对应的哈弗曼编码int i,j;if((q1=fopen("ToBeTran.txt","r"))==NULL)printf("File could not be opened\n");else{rewind(q1);while(!feof(q1)) //依次判断字符的对应的哈弗曼编码{c=fgetc(q1);for(j=1;j<=n;j++){if(c==ch1[j].chr){printf("%c:%s ",ch1[j].chr,ch1[j].code);strcpy(p,ch1[j].code);p=p+strlen(ch1[j].code);break;}//如果找到就把对应的哈弗曼编码复制到字符数组num中}}*p='\0';printf("\n得到的编码是：\n");for(i=0;num[i]!='\0';i++) //输出字符对应的哈弗曼编码{if(i==50) printf("\n"); //当输出50个字符时，进行换行printf("%c",num[i]);}printf("\n");}fclose(q1);if((q2=fopen("CodeFile.txt","w"))==NULL)printf("File could not be opened\n");else{i=0;while(num[i]!='\0'){if(i==50) fprintf(q2,"\n");fprintf(q2,"%c",num[i++]);}fprintf(q2,"\n");}fclose(q2);}void Decoding(HuffmanTree &HT,int sum) //译码{FILE *p;//char code1[1000]; //用于存放输入的密码char a1[100],c; //用于存放翻译好的字符int n=0,i=0,b=2*sum-1;if((p=fopen("CodeFile.txt","r+"))==NULL)printf("File could not be opened\n");else{while(!feof(p)){c=fgetc(p);if(c=='0') b=HT[b].lchild; //当遇到0时指向哈弗曼树的左子树if(c=='1') b=HT[b].rchild; //当遇到1时指向哈弗曼树的右子树if(HT[b].lchild==0&&HT[b].rchild==0) //当左右子树均为空时表明已找到对应的字符{a1[n++]=HT[b].chr1;b=2*sum-1; //将对应的字符放在数组a1中，并重新设置b的值继续翻译}}a1[n]='\0';i=0;while(a1[i]!='\0') //输出翻译好的字符{if(i==50) printf("\n");printf("%c",a1[i++]);}printf("\n");}fclose(p);if((p=fopen("TextFile.txt","w"))==NULL)printf("File could not be opened\n");else{i=0;fprintf(p,"得到的翻译结果是：\n");while(a1[i]!='\0'){if(i==50) fprintf(p,"\n");fprintf(p,"%c",a1[i++]);}fprintf(p,"\n");}fclose(p);}void Printf(){FILE*p;if((p=fopen("CodeFile.txt","r"))==NULL)printf("File could not be opened\n");else{printf("得到的编码是：\n");while(!feof(p)){int i=0;if(i==50) printf("\n"); //当输出50个字符时，进行换行printf("%c",fgetc(p));i++;}printf("\n");}fclose(p);}4.结果显示：四、实验小结及体会:通过本实验能够更好掌握文件指针的操作运用，加深理解，运用它解决一些实际问题，且能教熟练掌握数的结构以及哈弗曼算法。