哈夫曼编码译码系统

《数据结构》课程设计——赫夫曼编码/译码器设计

指导教师：孙树森、周维达

班级：09数媒（2）班

学号：E********

姓名：***

数据结构课程设计报告书

一、实验目的

1、提高分析问题、解决问题的能力，进一步巩固数据结构各种原理与方法。

2、熟悉掌握一门计算机语言，可以进行数据算法的设计。

二、实验原理

1、哈夫曼树的定义：

假设有n 个权值，试构造一颗有n 个叶子节点的二叉树，每个叶子带权值为wi，其中树带权路径最小的二叉树成为哈夫曼树或者最优二叉树；

2、哈夫曼树的构造：

weight 为输入的频率数组，把其中的值赋给依次建立的HT Node 对象中的data 属性，即每一个HT Node 对应一个输入的频率。然后根据data 属性按从小到大顺序排序，每次从data 取出两个最小和此次小的HT Node，将他们的data 相加，构造出新的HTNode 作为他们的父节点，指针parent，leftchild，rightchild 赋相应值。在把这个新的节点插入最小堆。按此步骤可以构造构造出一棵哈夫曼树。通过已经构造出的哈夫曼树，自底向上，由频率节点开始向上寻找parent,直到parent 为树的顶点为止。这样，根据每次向上搜索后，原节点为父节点的左孩子还是右孩子，来记录1 或0，这样，每个频率都会有一个01 编码与之唯一对应，并且任何编码没有前部分是同其他完整编码一样的。

三、实验步骤

先统计要压缩编码的文件中的字符字母出现的次数，按字符字母和空格出现的概率对其进行哈夫曼编码。

然后读入要编码的文件，编码后存入另一个文件；

接着再调出编码后的文件，并对其进行译码输出，最后存入另一个文件中。

具体步骤：

1.初始化，统计文本文件中各字符的个数作为权值,生成哈夫曼树；

2.根据符号概率的大小按由大到小顺序对符号进行排序；

3.把概率最小的两个符号组成一个节点；

4.重复步骤2. 3 ，直到概率和为1；

5.从根节点开始到相应于每个符号的“树叶”，概率大的标“0”，概率小的标“1”；

6.从根节点开始，对符号进行编码；

7.译码时流程逆向进行，从文件中读出哈夫曼树,并利用哈夫曼树将编码序列解码。

四、实验结果与分析

哈夫曼编码是动态变长编码，临时建立概率统计表和编码树。概率小的码比较长，概率小的码比较长。概率大的码短，这样把一篇文件编码后，就会压缩许多。

从树的角度看，哈夫曼编码方式是尽量把短码都利用上。首先，把一阶节点全都用上，如果码字不够时，然后，再从某个节点伸出若干枝，引出二阶节点作为码字，以此类推，显

然所得码长最短，再根据建立的概率统计表合理分布和放置，使其平均码长最短就可以得到最佳码。

实验截图:

五、实验心得

本次实验结合了之前所学的赫夫曼算法，并利用其原理实现赫夫曼编码/译码系统；实验难度较之前的几次实验有所增加，所以花了比较多的时间来编写，测试代码。期间参考了网上的一些程序，通过结合分析，了解其他人在实现这个算法时的思想，也借鉴了其中的一些东西，同时加入了自己的想法。最终完成饿了本次的作业。通过这次实验，我了解了一个算法到一个可以执行的程序之间还有很多工作需要做，深刻体会到实践出真知的到了，看似简单的算法在实现时却话费了这么多时间，但是这个过程中也让我学到了很多。

六、主要代码

Huffman_Tree.h：

#ifndef Huffman_Tree_h

#define Huffman_Tree_h

#endif

#include

typedef struct {

unsigned int weight;

unsigned int parent,lchild,rchild;

}HTNode, * HuffmanTree; //存储赫夫曼树的结点类型

typedef char * * HuffmanCode; //用于存储字符集中各个字符相应的赫夫曼编码

void strcpy(char *S1,char *S2){ //将字符串S2复制到S1

int i = 0;

while( S2[i] != '\0' ){

S1[i] = S2[i];

i++;

}

S1[i] = '\0';

}

//在HT[1]到HT[t-1]中找出权值最小的两个S1和S2----------------------------------------------- void Select(HuffmanTree HT,int t,int &s1,int &s2){

int i = 1;

s1 = s2 = 0;

HT[0].weight = 50000;

while( i <= t ){ //遍历查找权值最小的结点S1

if( HT[i].parent == 0 && HT[i].weight < HT[s1].weight )

s1 = i;

i++;

}

i = 1;

while( i <= t ){ //遍历查找除S1外权值最小的结点S2

if( i != s1 && HT[i].parent == 0 && HT[i].weight < HT[s2].weight )

s2 = i;

i++;

}

}

//根据各个字符的权值构造赫夫曼树HT，将对应的赫夫曼编码存储在HC中

------------------------------------------------

int HuffmanCoding( HuffmanTree &HT,HuffmanCode &HC,int *w,int n){

int s1,s2,m,i,start;

unsigned int c,f;

HTNode * p;

char *cd;

if( n <= 1 ) return 0;