哈夫曼编码算法实现完整版

实验三树的应用
一. 实验题目：
树的应用——哈夫曼编码
二. 实验内容：
利用哈夫曼编码进行通信可以大大提高信道的利用率，缩短信息传输的时间，降低传输成本。

根据哈夫曼编码的原理，编写一个程序，在用户输入结点权值的
基础上求哈夫曼编码。

要求：从键盘输入若干字符及每个字符出现的频率，将字符出现的频率作为
结点的权值，建立哈夫曼树，然后对各个字符进行哈夫曼编码，最后打印输出字符及对应的哈夫曼编码。

三、程序源代码 :
#include <iostream.h>
#include <fstream.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
typedef struct{
char data;
int weight;
int parent,lchild,rchild;
}HTNode,*HuffmanTree;
typedef char * * HuffmanCode;
void Select(HuffmanTree &HT,int n,int m)
{HuffmanTree p=HT;
int tmp;
for(int j=n+1;j<=m;j++)
{int tag1,tag2,s1,s2;
tag1=tag2=32767;
for(int x=1;x<=j-1;x++)
{ if(p[x].parent==0&&p[x].weight<tag1)
{tag1=p[x].weight;s1=x;}
}
for(int y=1;y<=j-1;y++)
{ if(p[y].parent==0&&y!=s1&&p[y].weight<tag2)
{ tag2=p[y].weight;s2=y;}
}
if(s1>s2) //将选出的两个节点中的序号较小的始终赋给
s1
{ tmp=s1; s1=s2; s2=tmp;}
p[s1].parent=j;
p[s2].parent=j;
p[j].lchild=s1;
p[j].rchild=s2;
p[j].weight=p[s1].weight+p[s2].weight;
}
}
void HuffmanCoding(HuffmanTree &HT,int n,char *w1,int*w2) {
int m=2*n-1;
if(n<=1)return;
HT=(HuffmanTree)malloc((m+1)*sizeof(HTNode));
HuffmanTree p=HT;
for(int i=1;i<=n;i++)
{ p[i].data=w1[i-1];
p[i].weight=w2[i];
p[i].parent=p[i].lchild=p[i].rchild=0;
}
for(;i<=m;i++)
{ p[i].weight=p[i].parent=p[i].lchild=p[i].rchild=0; }
Select(HT,n,m);
ofstream outfile; //生成 hfmTree 文件
outfile.open("hfmTree.txt",ios::out);
for (i=1;i<=m;i++)
{outfile<<HT[i].weight<<"\t"<<HT[i].parent<<"\t"<<HT[i].lchild
<<"\t"<<HT[i].rchild<<"\t"<<endl;
}
outfile.close();
cout<<" 初始化结果已保存在hfmTree 文件中 \n";
}
void ToBeTree()// 将正文写入文件ToBeTree中{
ofstream outfile;
outfile.open("ToBeTree.txt",ios::out);
outfile<<"THIS PROGRAM IS MYFA VORITE";
outfile.close();
}
void Encoding(HuffmanTree &HT,int n)// 编码
{
HuffmanCode HC;
HC=(HuffmanCode)malloc((n+1)*sizeof(char *));
char *cd;
cd=(char *)malloc(n*sizeof(char));
cd[n-1]='\0';
for(int k=1;k<=n;k++)
{ int start=n-1;
for(int c=k,f=HT[k].parent;f!=0;c=f,f=HT[f].parent)
{if(HT[f].lchild==c) cd[--start]='0';
else cd[--start]='1';
}
HC[k]=(char *)malloc((n-start)*sizeof(char));
strcpy(HC[k],&cd[start]);
}
cout<<" 输出哈夫曼编码 :"<<endl;
for(int h=1;h<=n;h++)// 输出编码
{cout<<HT[h].data<<":";
cout<<HC[h];
cout<<" ";
if (h%8==0) cout<<endl;
}
cout<<endl<<" 输出正文编码 : "<<endl;
ToBeTree();
//读取 TOBETREE文件里的正文，并进行编
码 fstream infile;
infile.open("ToBeTree.txt",ios::in);
char s[80];
while(!infile.eof())
{infile.getline(s,sizeof(s));}
infile.close();
fstream outfile;
outfile.open("CodeFile.txt",ios::out);
int count=0;
for (h=0;s[h]!='\0';h++)
{ for(k=1;k<=n;k++)
if (s[h]==HT[k].data)
{ cout<<HC[k];
cout<<" ";
count++;
outfile<<HC[k];
break;
}
if (count%9==0) cout<<endl;// 每输出 7 个换行}
outfile.close();
cout<<"\n 编码结果已保存在文件CodeFile 中.";
cout<<endl;
}
void Decoding(HuffmanTree &HT,int n)// 译码
{
int f=2*n-1;
fstream infile;
infile.open("CodeFile.txt",ios::in);
char s[1000];
while(!infile.eof())
{infile.getline(s,sizeof(s));}
infile.close();
int i=0;
int j=0;
fstream outfile;
outfile.open("TextFile.txt",ios::out);
while(s[i]!='\0')
{ f=2*n-1;
while(HT[f].lchild!=0)// 以 f 对应的节点的左孩子的值==0作为结束{if (s[j]=='0')f=HT[f].lchild;
else f=HT[f].rchild;
j++;
}
i=j;
cout<<HT[f].data;
outfile<<HT[f].data;
}
outfile.close();
cout<<"\n 译码结果已保存在文件TextFile中.";
cout<<endl;
}
void Print()// 印代码文件
{ int count=0;
fstream infile;
infile.open("CodeFile.txt",ios::in);
char s[1000];
while(!infile.eof())
{infile.getline(s,sizeof(s));
for(int i=0;s[i]!='\0';i++)
{ cout<<s[i];
count++;
if (count%50==0) cout<<endl; // 在终端上每行显示 50 个
代码
}
}
infile.close();
cout<<endl;
}
char menu()// 菜单函数
{ cout<<" 功能菜单如下 : "<<endl;
cout<<"* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *"<<endl;
cout<<"I: 初始化 (Initialization)"<<endl;
cout<<"E:编码 (Encoding)"<<endl; cout<<"D:译码 (Decoding)"<<endl; cout<<"P:印代码文件 (Print)"<<endl; cout<<"Q:退出 (Exit)"<<endl;
cout<<"* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *"<<endl;
cout<<"请输入功能字符 :";
char ch;
cin>>ch;
return ch;
}
void main()
{ int n;
int Array[100]; char
cArray[100];
HuffmanTree HT;
cout<<" 输入 n 个字符 :";
cin.getline(cArray,100);
n=strlen(cArray);
cout<<" 一共 "<<n<<" 个字符 .\n";
cout<<" 依次输入各个字符的权值:"<<endl;
for (int i=1;i<=n;i++)cin>>Array[i];
int tag;
char x=menu();
while(1)
{ switch (x)
{
case 'I':HuffmanCoding(HT,n,cArray,Array);break;
case 'E':Encoding(HT,n);break;
case 'D':Decoding(HT,n);break;
case 'P':Print();break;
case 'Q':tag=0;cout<<"结束 "<<endl;break;
default:cout<<" 你输入错误 !"<<endl;
}
if(tag==0) break;
cout<<"y( 继续 ) or n(退出 )"<<endl;
char ch;
cin>>ch;
if (ch=='y')
{ cout<<" 请输入功能字符 :";
char c;
cin>>c;
x=c;
}
else exit(1);
}
}
测试数据：
用下表给出的字符集和频度的实际统计数据建立哈夫曼树，并实现以下报文的译码和编码 :" THIS PROGRAM IS MY FAVORITE".
字符空格AB C D E F G H I J K LM
频度 186 64 13 2232103 211547571532 20
字符 NOP QRSTUV WXYZ
频度 576315148518023818 1161
四.测试结果：如图一所示
五. 实验体会
通过本次实验，尤其在自己对程序的调试过程中，感觉对树的存储结构，
终结状态，还有编码，译码的过程都有了比较清晰的认识。

在做本次实验时，其
他的都没什么问题，以前很少进行文件操作，刚开始有点手生，但是在实验作完后，文件操作已经用的比较熟练了。

最近几次实验，感到自己对本题实验的运行机理和过程掌握的最为透彻。

收获不小。

在实验过程中，遇到的一个主要问题是在 C++里面输入单个空格字符的问题。

最终通过用cin.getline（）来解决，但是还不是很理想。

为了察看方便，把有些文件的内容直接显示在终端上了 , 没有列出生成的文件里的结果。

图一。