数据结构课程设计哈夫曼编译器

中南大学

数据结构课程设计报告

题目哈夫曼编译器

学生

指导教师

学院信息科学与工程学院

专业班级计科1302

目录

实验要求 (3)

问题描述 (3)

问题解决方法 (3)

程序模块功能及流程图 (4)

调试与测试 (8)

测试结果 (9)

心得体会 (11)

源代码 (12)

一．实验要求

(1)从键盘读入字符集大小n , 以及n个字符和权值，建立哈夫曼树。

(2)利用已建好的哈夫曼树对文件正文进行编码，将结果存入相关文件中。

(3)利用已建好的哈夫曼树将编码文件中的代码进行译码，结果存入文件中。

(4)输出代码文件，以紧凑格式显示。

二．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数据预先编码，在接收端将传来的数据进行译码。对于双向传输信息的信道，每端都需要一个完整的编译码系统。为这样的信息收发站编写哈夫曼编译系统。

哈夫曼树又称最优二叉树，构造的规则即给定n个权值不同的叶子节点，构造一棵二叉树，使二叉树的带权路径长度达到最小。具体做法即要使权值较大的结点离根节点较近，权值较小的结点离根节点较远。

三．问题解决方法

建立哈夫曼树时要进行多次选择，每次选择出权值最小和次小的两个节点,将两结点权值相加，作为新生成父节点的权值。并分别将其作为左、右孩子。再将父节点加入需选择的结点序列中，继续选择，直到将所有节点都选完为止，构成一颗哈夫曼树。每种字符对应一个节点，将每种字符的出现次数作为对应节点权值。

在编码过程中，较科学的方法是统计文章中每种字符出现的频率，并以其作为对应节点的权值，使出现频率较高的节点离根结点较近，从而使出现频率越高的字符所得的编码位数越少，这样做得到的编码结果是最简练的，也更有利于译码。

编码需从叶节点向上回溯，若叶节点为其父结点的左孩子，则编码为0，若为右孩子，则编码为1。然后将父节点作为下一轮循环的子节点，继续重复上述步骤，直至到达根节点为止，即得到初始叶节点对应的编码。

译码是编码的逆过程，所以译码只需读入编码位串，从根结点开始，若读到0，则走向左孩子，读到1，则走向右孩子。并将对应的子节点作为下一轮循环

的叶节点，重复上述步骤，直至到达最终叶节点，该叶节点即为编码对应的节点。四．程序模块功能及流程图

1.主要程序模块及功能

（1）建立哈夫曼树

数据结构：

tree[]为定义在Huffmantree类上的数组对象。

n为节点个数，即字符种类数。

m为建好的哈夫曼树的总节点数，在哈夫曼树中，m=2*n-1。

Smal、small2分别存放每轮循环中权值最小和次小的节点的权值。

p1,p2分别记住每次合并时权值最小和次小的两个根结点的下标。

对应代码段：

for(i=0;i

t ree[i]=new Huffmantree();

}

float small1,small2; //建立哈夫曼树

for(i=0;i

tree[i].parent=0;

tree[i].lchild=-1;

tree[i].rchild=-1;

tree[i].weight=0;

}

for(i=0;i

叶节点对应一种字符

{

tree[i].ch=ch[i];

tree[i].weight=arr[i];

}

for(i=n;i

{

p1=0;p2=0;

small1=10000;small2=100;

for(j=0;j

if(tree[j].parent==0)

if(tree[j].weight

{

small2=small1;

small1= tree[j].weight;

p2=p1;

p1=j;

}

else

if(tree[j].weight

{

small2=tree[j].weight;

p2=j;

}

tree[p1].parent=i; //建立子节点与父节点间的对应关系，并将父节点

权值赋为两子节点权值之和tree[p2].parent=i;

tree[i].lchild=p1;

tree[i].rchild=p2;

tree[i].weight=tree[p1].weight+tree[p2].weight;

}

(2)编码模块

数据结构：

Code[]为定义在codetype类上的数组对象。

c为缓冲变量，其值为当前节点的下标值。

p为父节点的下标值。

Start为每个字符编码位串中第一个字符的起始位置。

对应代码段：

int c,p; //编码部分，c为当前节点编号，p为其父节点编号Code=new Codetype[n];

for(i=0;i

C ode[i]=new Codetype();

C ode[i].bits=new Character[n];

}

for(i=0;i

{

Code[i].start=n; //start为编码位串的起始位置

Code[i].ch=tree[i].ch;

c=i;

p=tree[i].parent;

while(p!=0)

{

Code[i].start--;