数据结构 哈夫曼编码器课程设计报告

课程设计报告一.需求分析1、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，建立哈夫曼树，并将它存于文件hfmTree中。

（2）E：编码（Encoding）。

利用已建好的哈夫曼树（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）。

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

（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中。

（5）T：印哈夫曼树（Tree Printing）。

将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式（树或凹入表形式）显示在终端上，同时将此字符形式的哈夫曼树写入文件TreePrint中。

2、利用哈夫曼编译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。

3、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Quito。

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。

4、在程序的一次执行过程中，第一次执行I，D或C命令之后，哈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。

二、概要设计1、部分函数1）树与编码类型struct HTNode2）选两个最小的树组成二叉树Void Select(HNode *HT,int I,int &s1,int &s2)3)初始化哈夫曼树void Initialization(HTNode *&HT,HuffmanCode *&HC,int *&w,char *&x,int &n)4)输出哈夫曼树void TreePrint(HTNode *HT,int n)5) 输出哈夫曼编码void CodePrint(HuffmanCode *HC,int n)2、主函数void main(){初始化;Switch(){ }end;}3、模块之间的调用关系三、详细设计1、树的结构体的建立struct HTNode{int weight,parent,lchild,rchild;char zifu;};struct HuffmanCode{char *code;char zifu;int size;};2、部分编码void Select(HTNode *HT,int i,int &s1,int &s2) {int k;for(k=1;k<=i;k++){if(HT[k].parent==0){s1=k;break;}}for(k=k+1;k<=i;k++){if(HT[k].parent==0){s2=k;break;}}for(k=k+1;k<=i;k++){if(HT[k].parent==0){if(HT[k].weight<HT[s1].weight){if(HT[k].weight<HT[s2].weight){if(HT[s2].weight<HT[s1].weight){s1=s2;s2=k;}else{s2=k;}}else{s1=s2;s2=k;}}else if(HT[k].weight<HT[s2].weight){s2=k;}}}}void HuffmanCoding(HTNode *&HT,HuffmanCode *&HC,char *x,int *w,int n) {if(n<=1)return;int m=2*n-1,i,s1,s2;HTNode *p;HT=(HTNode *)malloc((m+1)*sizeof(HTNode));for(p=HT+1,i=1;i<=n;i++,p++,w++,x++)p->weight=*w,p->parent=0,p->lchild=0,p->rchild=0,p->zifu=*x;for(;i<=m;i++,p++)p->weight=0,p->parent=0,p->lchild=0,p->rchild=0,p->zifu='N';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;}char *CD;int k,j;CD=(char *)malloc(n*sizeof(char));for(i=1;i<=n;i++){j=i;k=0;while(HT[j].parent!=0){if(HT[HT[j].parent].lchild==j)CD[k]='0';elseCD[k]='1';k++;j=HT[j].parent;}HC[i-1].code=(char *)malloc((k+1)*sizeof(char));HC[i-1].code[k]='\0';k--;int m=k;HC[i-1].size=m;for(int l=0;l<=m;l++){HC[i-1].code[l]=CD[k];k--;}HC[i-1].zifu=HT[i].zifu;}free(CD);}int Strsize(char *d){int i=0;while(*d!='\0'){d++;i++;}return i;}char* Bianma(HuffmanCode *&HC,char *d) {//哈夫曼树编码int n=Strsize(d),i,k,j,sum=0;char *a;a=(char *)malloc((10*n)*sizeof(char));for(i=0;i<n;i++){k=0;while(*d!=HC[k].zifu){k++;}j=0;while(HC[k].code[j]!='\0'){a[sum]=HC[k].code[j];j++;sum++;}d++;}a[sum]='\0';return a;}void Yima(HTNode *HT,char *&a,char *b,int n){int k=2*n-1,i=0;int m=k;while(*b!='\0'){if(*b=='0'){if(HT[HT[m].lchild].lchild==0){a[i]=HT[HT[m].lchild].zifu;i++;b++;m=k;}else{m=HT[m].lchild;b++;}}else{if(HT[HT[m].rchild].lchild==0){a[i]=HT[HT[m].rchild].zifu;i++;b++;m=k;}else{m=HT[m].rchild;b++;}}}a[i]='\0';}void Initialization(HTNode *&HT,HuffmanCode *&HC,int *&w,char *&x,int &n) {//初始化哈夫曼树printf("输入字符集大小n\n");scanf("%d",&n);fflush(stdin);w=(int *)malloc(n*sizeof(int));x=(char *)malloc(n*sizeof(char));for(int i=0;i<n;i++){printf("输入第%d个字符和权值:\n",i+1);scanf("%c %d",&x[i],&w[i]);fflush(stdin);}HC=(HuffmanCode *)malloc(n*sizeof(HuffmanCode));HuffmanCoding(HT,HC,x,w,n);}void TreePrint(HTNode *HT,int n){//输出哈夫曼树for(int i=1;i<(2*n);i++)printf("%c %d %d %d %d\n",HT[i].zifu,HT[i].weight,HT[i].parent,HT[i].lchild,HT[i].rchild); }void CodePrint(HuffmanCode *HC,int n){//输出哈夫曼编码for(int i=0;i<n;i++){printf("%c ",HC[i].zifu);puts(HC[i].code);}}3、主程序void main(){HTNode *HT;HuffmanCode *HC;int n,*w;char *x,*y,Z;char *a,*b;a=(char *)malloc(100*sizeof(char));b=(char *)malloc(100*sizeof(char));start:printf("初始化i，编码e，译码d，印哈夫曼码p，印哈夫曼树t，退出q。

\n");scanf("%c",&Z);fflush(stdin);switch(Z){case 'i': {Initialization(HT,HC,w,x,n);goto start;}case 'e': {gets(a);fflush(stdin);y=Bianma(HC,a);puts(y);goto start;}case 'd': {gets(b);fflush(stdin);Yima(HT,a,b,n);puts(a);goto start;}case 'p': {CodePrint(HC,n);goto start;}case 't': {TreePrint(HT,n);goto start;}case 'q': goto end;}end:;}4、函数的调用关系图四、设计和调试分析1、利用哈夫曼编译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。