数据结构课程设计哈夫曼编码

题目：哈夫曼编码器班级：031021班姓名：李鑫学号：03102067 完成日期：2011/121. 问题描述利用赫夫曼编码进行通信可以大大提高信道利用率，缩短信息传输时间，降低传输成本。

这要求在发送端通过一个编码系统对待传输数据预先编码，在接收端将传来的数据进行译码（复原）。

对于双工信道（即可以双向传输信息的信道），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编写一个赫夫曼码的编/译码系统。

2.基本要求一个完整的系统应具有以下功能：(1) I：初始化（Initialization）。

从终端读入字符集大小n，以及n个字符和n个权值，建立赫夫曼树，并将它存于文件hfmTree中。

(2) E：编码（Encoding）。

利用已建好的赫夫曼树（如不在内存，则从文件hfmTree中读入），对文件ToBeTran中的正文进行编码，然后将结果存入文件CodeFile中。

(3) D：译码（Decoding）。

利用已建好的赫夫曼树将文件CodeFile中的代码进行译码，结果存入文件Textfile中。

以下为选做：(4) P：印代码文件（Print）。

将文件CodeFile以紧凑格式显示在终端上，每行50个代码。

同时将此字符形式的编码文件写入文件CodePrin中。

(5) T：印赫夫曼树（Tree printing）。

将已在内存中的赫夫曼树以直观的方式（比如树）显示在终端上，同时将此字符形式的赫夫曼树写入文件TreePrint 中。

3.测试(1)利用教科书例6-2中的数据调试程序。

(2) 用下表给出的字符集和频度的实际统计数据建立赫夫曼树，并实现以下报文的编码和译码：“THIS PROGRAME IS MY FA VORITE”。

4.实现提示(1) 编码结果以文本方式存储在文件Codefile中。

(2) 用户界面可以设计为“菜单”方式：显示上述功能符号，再加上“Q”，表示退出运行Quit。

请用户键入一个选择功能符。

此功能执行完毕后再显示此菜单，直至某次用户选择了“Q”为止。

(3) 在程序的一次执行过程中，第一次执行I，D或C命令之后，赫夫曼树已经在内存了，不必再读入。

每次执行中不一定执行I命令，因为文件hfmTree可能早已建好。

一．概要设计1)问题分析哈夫曼树的定义1.哈夫曼树节点的数据类型定义为：typedef struct{ //赫夫曼树的结构体char ch;int weight; //权值int parent,lchild,rchild;}htnode,*hfmtree;2）所实现的功能函数如下1、void hfmcoding(hfmtree &HT,hfmcode &HC,int n)初始化哈夫曼树，处理InputHuffman(Huffman Hfm)函数得到的数据，按照哈夫曼规则建立2叉树。

此函数块调用了Select（）函数。

2、void Select(hfmtree &HT,int a,int *p1,int *p2) //Select函数，选出HT树到a为止，权值最小且parent为0的2个节点2、int main()主函数：利用已建好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件hfmtree.txt中读入）对文件中的正文进行编码，然后将结果存入文件codefile.txt中。

如果正文中没有要编码的字符，则键盘读入并存储到ToBeTran文件中。

读入ToBeTran中将要编码的内容，将编码好的哈夫曼编码存储到CodeFile中。

3、Encoding编码功能：对输入字符进行编码4、Decoding译码功能：利用已建好的哈夫曼树将文件codefile.txt中的代码进行译码，结果存入文件textfile.dat 中。

Print() 打印功能函数：输出哈夫曼树，字符，权值，以及它对应的编码。

5.主函数的简要说明，主函数主要设计的是一个分支语句，让用户挑选所实现的功能。

使用链树存储，然后分别调用统计频数函数，排序函数，建立哈夫曼函数，编码函数，译码函数来实现功能。

2)系统结构图（功能模块图）二．程序说明1）.哈夫曼编码/译码器源代码#include<iostream.h>#include<stdio.h>#include<stdlib.h>#include<string.h>#include<fstream.h>typedef struct{ //赫夫曼树的结构体char ch;int weight; //权值int parent,lchild,rchild;}htnode,*hfmtree;typedef char **hfmcode;void Select(hfmtree &HT,int a,int *p1,int *p2) //Select函数，选出HT树到a为止，权值最小且parent为0的2个节点{int i,j,x,y;for(j=1;j<=a;++j){if(HT[j].parent==0){x=j;break;}}for(i=j+1;i<=a;++i){if(HT[i].weight<HT[x].weight&&HT[i].parent==0){x=i; //选出最小的节点}}for(j=1;j<=a;++j) {if(HT[j].parent==0&&x!=j){y=j;break;}}for(i=j+1;i<=a;++i){if(HT[i].weight<HT[y].weight&&HT[i].parent==0&&x!=i){y=i; //选出次小的节点}}if(x>y){*p1=y;*p2=x;}else{*p1=x;*p2=y;}}void hfmcoding(hfmtree &HT,hfmcode &HC,int n) //构建赫夫曼树HT，并求出n个字符的赫夫曼编码HC {int i,start,c,f,m,w;int p1,p2;char *cd,z;if(n<=1){return;}m=2*n-1;HT=(hfmtree)malloc((m+1)*sizeof(htnode));for(i=1;i<=n;++i) //初始化n个叶子结点{printf("请输入第%d字符信息和权值：",i);scanf("%c%d",&z,&w);while(getchar()!='\n'){continue;}HT[i].ch=z;HT[i].weight=w;HT[i].parent=0;HT[i].lchild=0;HT[i].rchild=0;}for(;i<=m;++i) //初始化其余的结点{HT[i].ch='0';HT[i].weight=0;HT[i].parent=0;HT[i].lchild=0;HT[i].rchild=0;}for(i=n+1;i<=m;++i) //建立赫夫曼树{Select(HT,i-1,&p1,&p2);HT[p1].parent=i;HT[p2].parent=i;HT[i].lchild=p1;HT[i].rchild=p2;HT[i].weight=HT[p1].weight+HT[p2].weight;}HC=(hfmcode)malloc((n+1)*sizeof(char *));cd=(char *)malloc(n*sizeof(char));cd[n-1]='\0';for(i=1;i<=n;++i) //给n个字符编码{start=n-1;for(c=i,f=HT[i].parent;f!=0;c=f,f=HT[f].parent){if(HT[f].lchild==c){cd[--start]='0';}else{cd[--start]='1';}}HC[i]=(char*)malloc((n-start)*sizeof(char));strcpy(HC[i],&cd[start]);}free(cd);}int main(){char code[100],h[100],hl[100];int n,i,j,k,l;ifstream input_file; //文件输入输出流ofstream output_file;char choice,str[100];hfmtree HT;hfmcode HC;cout<<"\n";cout<<" "<<"计算机（3）班"<<" "<<"Q07620307"<<" "<<"XXX\n";while(choice!='Q'&&choice!='q') //当choice的值不为q且不为Q时循环{cout<<" "<<"*************************赫夫曼编码/译码器*************************\n";cout<<" "<<"I.Init"<<" "<<"E.Encoding"<<""<<"D.Decoding"<<" "<<"Q.Exit\n";cout<<"请输入您要操作的步骤：";cin>>choice;if(choice=='I'||choice=='i') //初始化赫夫曼树{cout<<"请输入字符个数：";cin>>n;hfmcoding(HT,HC,n);for(i=1;i<=n;++i){cout<<HT[i].ch<<":"<<HC[i]<<endl;}output_file.open("hfmTree.txt");if(!output_file){cout<<"can't oen file!"<<endl;return 1;}for(i=1;i<=n;i++){output_file<<"("<<HT[i].ch<<HC[i]<<")";}output_file.close();cout<<"赫夫曼树已经创建完毕，并且已经放入hfmTree.txt文件中!"<<endl;}else if(choice=='E'||choice=='e') //进行编码，并将字符放入ToBeTran.txt，码值放入CodeFile.txt中{printf("请输入字符：");gets(str);output_file.open("ToBeTran.txt");if(!output_file){cout<<"can't oen file!"<<endl;return 1;}output_file<<str<<endl;output_file.close();output_file.open("CodeFile.txt");if(!output_file){cout<<"can't oen file!"<<endl;return 1;}for(i=0;i<strlen(str);i++){for(j=0;j<=n;++j){if(HT[j].ch==str[i]){output_file<<HC[j];break;}}}output_file.close();cout<<"\n";cout<<"编码完毕，并且已经存入CodeFile.txt文件！\n";input_file.open("CodeFile.txt"); //从CodeFile.txt中读入编码，输出在终端if(!input_file){cout<<"can't oen file!"<<endl;return 1;}input_file>>code;cout<<"编码码值为："<<code<<endl;input_file.close();}else if(choice=='D'||choice=='d') //读入CodeFile.txt中的编码进行译码，将译出来的字符放入Textfile.txt中{input_file.open("CodeFile.txt");if(!input_file){cout<<"can't oen file!"<<endl;return 1;}input_file>>h;input_file.close();output_file.open("Textfile.txt");if(!output_file){cout<<"can't oen file!"<<endl;return 1;}k=0;while(h[k]!='\0') //先用编码中的前几个和字符的编码相比较，然后往后移{for(i=1;i<=n;i++){l=k;for(j=0;j<strlen(HC[i]);j++,l++){hl[j]=h[l];}hl[j]='\0';if(strcmp(HC[i],hl)==0){output_file<<HT[i].ch;k=k+strlen(HC[i]);break;}}}output_file.close();input_file.open("Textfile.txt");if(!input_file){cout<<"can't oen file!"<<endl;return 1;}input_file>>h;cout<<h<<endl;input_file.close();cout<<"译码结束，字符已经存入Textfile.txt文件中！"<<endl;}else if(choice=='Q'||choice=='q') //退出程序{exit(0);}else //如果选了选项之外的就让用户重新选择{cout<<"您没有输入正确的步骤，请重新输入！"<<endl;}cout<<endl;}return 0;}三．调试分析编码、译码、退出四．实验心得与体会在我自己课程设计中，就在编写好源代码后的调试中出现了不少的错误，遇到了很多麻烦及困难，我的调试及其中的错误和我最终找出错误，修改为正确的能够执行的程序中，通过分析，我学到了：在定义头文件时可多不可少，即我们可多写些头文件，肯定不会出错，但是若没有定义所引用的相关头文件，必定调试不通过；在执行译码操作时，不知什么原因，总是不能把要编译的二进制数与编译成的字符用连接号连接起来，而是按顺序直接放在一起，视觉效果不是很好。