压缩编码算法设计与实现实验报告

压缩编码算法设计与实现实验报告
一、实验目的：用C语言或C++编写一个实现Huffman编码的程序，理解对数据进行无损压缩的原理。

二、实验内容：设计一个有n个叶节点的huffman树，从终端读入n个叶节
点的权值。

设计出huffman编码的压缩算法，完成对n个节点的编码，并写出程序予以实现。

三、实验步骤及原理：
1、原理：Huffman算法的描述
(1)初始化，根据符号权重的大小按由大到小顺序对符号进行排序。

(2)把权重最小的两个符号组成一个节点，
(3)重复步骤2，得到节点P2，P3，P4……，形成一棵树。

(4)从根节点开始顺着树枝到每个叶子分别写出每个符号的代码
2、实验步骤：
根据算法原理，设计程序流程，完成代码设计。

首先，用户先输入一个数n，以实现n个叶节点的Huffman 树；
之后，输入n个权值w[1]~w[n]，注意是unsigned int型数值；
然后，建立Huffman 树；
最后，完成Huffman编码。

四、实验代码：#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include <string.h>
#define MAX 0xFFFFFFFF
typedef struct / /*设计一个结构体，存放权值，左右孩子*//
{
unsigned int weight;
unsigned int parent,lchild,rchild;
}HTNode,*HuffmanTree;
typedef char** HuffmanCode;
int min(HuffmanTree t,int i)
{
int j,flag;
unsigned int k = MAX;
for(j=1;j<=i;j++)
if(t[j].parent==0&&t[j].weight<k)
{
k=t[j].weight;
flag = j;
}
t[flag].parent = 1;
return flag;
}
void select(HuffmanTree h,int i,int &s1,int &s2)
{
int tmp;
s1 = min(h,i);
s2 = min(h,i);
if(s1 > s2)
{
tmp = s1;
s1 = s2;
s2 = tmp;
} }
void HuffmanCoding(HuffmanTree &HT,HuffmanCode &HC,int *w,int n,int &wpl)
{
int m,i,s1,s2,start,j;
unsigned int c,f;
HuffmanTree p;
char *cd;
if(n<=1)
return;
m=2*n-1;
HT=(HuffmanTree)malloc((m+1)*sizeof(HTNode));
for(p=HT+1,i=1;i<=n;++i,++p,++w)
{
(*p).weight=*w;
(*p).parent=0;
(*p).lchild=0;
(*p).rchild=0;
}
for(;i<=m;++i,++p)
{
(*p).weight=0;
(*p).parent=0;
(*p).lchild=0;
(*p).rchild=0;
}
for(i=n+1;i<=m;++i)
{
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;
}
HC=(HuffmanCode)malloc((n+1)*sizeof(char*));
cd=(char *)malloc(n*sizeof(char));
cd[n-1]='\0';
for(i=1;i<=n;i++)
{
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));
wpl=wpl+(n-start-1)*HT[i].weight;
strcpy(HC[i],&cd[start]);
}
free(cd);
}
int main()
{
HuffmanTree HT;
HuffmanCode HC;
int *w,n,i,wpl=0;
printf("请输入叶节点的个数[>1]：");
scanf("%d",&n);
w=(int*)malloc(n*sizeof(int));
printf("请依次输入%d个权值[整型]fd：\n",n);
for(i=0;i<=n-1;i++)
scanf("%d",w+i);
HuffmanCoding(HT,HC,w,n,wpl);
for(i=1;i<=n;i++)
printf("权值为%d的Huffman编码
为：%s\n",HT[i].weight,HC[i]);
printf("带权路径长度WPL=%d\n",wpl);
return 0;
}
五、实验结果截图：
六、实验心得：通过本次多媒体实验，我又一次认真地学习了哈弗曼编码的方法和优点，在本次实验课程之前，我已经在《信息论与编码》和《多媒体技术教程》等课程中学习了多种编码方法，了解到哈弗曼编码是一种变长编码，并且哈弗曼编码的平均码长最小，传输速率最大，编码速率最高；通过编程的研究和最后运行结果分析，我们可以很容易看出，码字的权值越大，对应的编码越短。

在这次实验编程中开始虽然明白哈弗码编码的数学计算过程，但是要转换成C 语言遇到了很大困难，但是通过同学之间的讨论，课本的进一步了解与网络的查询，困难都一一迎刃而解。