哈夫曼树编码实验报告

、数据结构课程设计报告题目：哈夫曼编码/译码学院数学与信息科学学院学科门类理科专业数学类学号2013433033姓名田娟2014年12 月30日目录一、需求分析1．程序的功能··32．输入输出的要求··33．测试数据··3二、概要设计1．本程序所用的抽象数据类型的定义··32．主程序模块··33．主模块的流程及各子模块的主要功能··44．模块之间的层次关系··4三、详细设计1．采用c语言定义相关的数据类型··42. 伪码算法··5四、调试分析1．调试中遇到的问题及对问题的解决方法··15五、使用说明及测试结果1.建立哈夫曼树，输入叶子结点个数，权值，字符集··152.编码··153.译码··164.显示码文··165.显示哈夫曼树··16六、源程序一、需求分析1．程序的功能；哈夫曼编码是一种应用广泛而有效的数据压缩技术。

利用哈夫曼编码进行通信可以大大提高信道利用率，加快信息传输速度，降低传输成本。

数据压缩的过程称为编码，解压缩的过程称为译码。

进行信息传递时，发送端通过一个编码系统对待传数据（明文）预先编码，而接收端将传来的数据（密文）进行译码。

2．输入输出的要求；：2.1．构造哈夫曼树及哈夫曼编码：从终端读入字符集大小n、n个字符以及n个对应的权值，建立哈夫曼树；利用已经建好的哈夫曼树求每个叶结点的哈夫曼编码，并保存。

2.2编码：利用已构造的哈夫曼编码对“明文”文件中的正文进行编码，然后将结果存入“密文”文件中。

2.3．译码：将“密文”文件中的0、1代码序列进行译码。

2.4．打印“密文”文件：将文件以紧凑格式显示在终端上，每行30个代码；同时，将此字符形式的编码文件保存。

2.5．打印哈夫曼树及哈夫曼编码：将已在内存中的哈夫曼树以凹入表形式显示在终端上，同时将每个字符的哈夫曼编码显示出来；并保存到文件。

3．测试数据。

3.1.令叶子结点个数N为4，权值集合为{1,3,5,7}，字符集合为{A,B,C,D}，且字符集与权值集合一一对应。

3.2.请自行选定一段英文文本，统计给出的字符集，实际统计字符的频度，建立哈夫曼树，构造哈夫曼编码，并实现其编码和译码。

二、概要设计1．本程序所用的抽象数据类型的定义；class HuffmanTree //哈夫曼树{private:HuffmanNode *Node; //Node[]存放哈夫曼树int LeafNum; //哈夫曼树的叶子个数，也是源码个数2.主程序模块main()2.2 建立哈夫曼树函数// 函数功能：建立哈夫曼树void HuffmanTree::CreateHuffmanTree()2.3 函数功能：为哈夫曼树编码void HuffmanTree::Encoder()2.4 函数功能：对哈夫曼树进行译码void HuffmanTree::Decoder()2.5输出码文函数// 函数功能：从文件中输出哈夫曼树的码文void HuffmanTree::PrintCodeFile()2.6 函数功能：用凹入法输出哈夫曼树void HuffmanTree::PrintHuffmanTree_aoru(int T,int layer) 3．主模块的流程及各子模块的主要功能；基本功能分析4．模块之间的层次关系。

① 初始化： 从键盘接收字符集大小n ，以及n 个字符和n 个权值。

② 建立哈夫曼树：构造哈夫曼树，即将HNode 数组中的各个位置的各个域都添上相关的值，并将这个结构体数组存于文件HTree.txt 中。

③ 构造哈夫曼编码：为从文件HTree.txt 中读入相关的字符信息进行哈夫曼编码，然后将结果存入HNode.txt 中，同时将字符与0、1代码串的一一对应关系打印到屏幕上。

④ 编码：利用已构造的哈夫曼编码（HNode.txt ）对文件SourceFile.txt （明文）中的正文进行编码，然后将结果存入文件CodeFile.txt （密文）中。

⑤ 译码：将文件CodeFile.txt （密文）中的代码按照③中建立的编码规则将其翻译成字符集中字符所组成的字符串形式，进行译码，结果存入文件TextFile.txt （明文）中。

（如果正确，TextFile.txt 的内容与SourceFile.txt的内容一致）⑥显示哈夫曼树：从HNode数组中读入相关的结点信息，以凹入表方式将各个结点以及叶子结点的权值和左分支上的0和右分支上的三、详细设计1．采用c语言定义相关的数据类型；结点的类型定义描述如下：struct HuffmanNode //哈夫曼树的一个结点{int weight;int parent;int lchild,rchild;char sourcecode;std::string code;};class HuffmanTree //哈夫曼树{private:HuffmanNode *Node; //Node[]存放哈夫曼树int LeafNum;2. 伪码算法public:HuffmanTree();~HuffmanTree();void CreateHuffmanTree();void CreateHuffmanTreeFromKeyboard(); void CreateHuffmanTreeFromFile();void Encoder();void Decoder();void PrintCodeFile();void PrintHuffmanTree();void PrintHuffmanTree_aoru(int T,int layer=1); };// 构造函数// 函数功能：初始化哈夫曼树HuffmanTree::HuffmanTree(){Node=NULL;LeafNum=0;}// 函数功能：将哈夫曼的数组的空间释放//参数返回值：无HuffmanTree::~HuffmanTree(){delete[] Node;}// 建立哈夫曼树函数// 函数功能：建立哈夫曼树void HuffmanTree::CreateHuffmanTree(){char Choose;cout<<"从键盘输入哈夫曼树(按2)？";cin>>Choose;if(Choose=='2') {CreateHuffmanTreeFromKeyboard();}//choose=='2'else { //从哈夫曼树文件hfmTree.dat中读入信息并建立哈夫曼树CreateHuffmanTreeFromFile();}}// 函数功能：从键盘建立哈夫曼树void HuffmanTree::CreateHuffmanTreeFromKeyboard(){int Num;cout<<"\n请输入源码字符集个数：";cin>>Num;if (Num<=1) {cout<<"无法建立少于2个叶子结点的哈夫曼树。

\n\n";return;}LeafNum=Num;Node=new HuffmanNode[2*Num-1];for(int i=0;i<Num;i++) {//读入哈夫曼树的叶子结点信息cout<<"请输入第"<<i+1<<"个字符值";getchar();Node[i].sourcecode=getchar(); //源文的字符存入字符数组Info[] getchar();cout<<"请输入该字符的权值";cin>>Node[i].weight; //源文的字符权重存入Node[].weightNode[i].parent=-1;Node[i].lchild=-1;Node[i].rchild=-1;Node[i].code="\0";}for(int j=Num;j<2*Num-1;j++) {//循环建立哈夫曼树内部结点int pos1,pos2;int max1,max2;pos2=pos1=j;max2=max1=numeric_limits<int>::max( );//在所有子树的根结点中，选权重最小的两个根结点，pos1最后应指向权重最小的根结点的下标for(int k=j-1;k>=0;k--) {if (Node[k].parent==-1){//如果是某棵子树的根结点if (Node[k].weight<max1){ //发现比当前最大值还大的权重max2=max1;max1=Node[k].weight;pos2=pos1;pos1=k;}elseif(Node[k].weight<max2){ //发现比当前次大值还大的次大权重max2=Node[k].weight;pos2=k;}}//if (Node[j].parent==-1)} //for//在下标i处新构造一个哈夫曼树的内部结点，其左、右孩子就是以上pos1、pos2所指向的结点Node[pos1].parent=j;Node[pos2].parent=j;Node[j].lchild=pos1;Node[j].rchild=pos2;Node[j].parent=-1;Node[j].weight=Node[pos1].weight+Node[pos2].weight;} //for//产生所有叶子结点中字符的编码for (int m=0;m<Num;m++) {//产生Node[i].sourcecode的编码，存入Node[i].code中int j=m;int j1;while(Node[j].parent!=-1) { //从叶结点开始往根结点走，每往上走一层，就产生一位编码存入code[]j1=Node[j].parent;if(Node[j1].lchild==j)Node[m].code.insert(0,"0");elseNode[m].code.insert(0,"1");j=j1;}}cout<<"哈夫曼树已成功构造完成。