数据结构-哈夫曼树编码译码-课程设计-实验报告

1、课题设计目的： 在当今信息爆炸时代，如何采用有效的数据压缩技术节省数据文 件的存储空间和计算机网络的传送时间已越来越引起人们的重视， 哈夫曼编码正是一种应用广泛且非常有效的数据压缩技术。哈夫曼 编码是一种编码方式，以哈夫曼树—即最优二叉树，带权路径长度 最小的二叉树，经常应用于数据压缩。哈弗曼编码使用一张特殊的 编码表将源字符（例如某文件中的一个符号）进行编码。这张编码 表的特殊之处在于，它是根据每一个源字符出现的估算概率而建立 起来的。 课题设计 目的与 2、课题设计意义： 哈夫曼编码的应用很广泛，利用哈夫曼树求得的用于通信的二进 制编码称为哈夫曼编码。树中从根到每个叶子都有一条路径，对路
第四章 详细设计 （1）①哈夫曼树的存储结构描述为：
#define N 50 // 叶子结点数 #define M 2*N-1 // 哈夫曼树中结点总数 typedef struct { int weight; // 叶子结点的权值 int lchild, rchild, parent; // 左右孩子及双亲指针 }HTNode; // 树中结点类型 typedef HTNode HuffmanTree[M+1];
录
需求分析........................................................................................................1 设计要求........................................................................................................1 概要设计........................................................................................................2
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第三章 概要设计 哈夫曼编\译码器的主要功能是先建立哈夫曼树，然后利用建好的哈夫曼树 生成哈夫曼编码后进行译码 。 在数据通信中，经常需要将传送的文字转换成由二进制字符 0、1 组成的二 进制串，称之为编码。构造一棵哈夫曼树，规定哈夫曼树中的左分之代表 0，右 分支代表 1，则从根节点到每个叶子节点所经过的路径分支组成的 0 和 1 的序列 便为该节点对应字符的编码，称之为哈夫曼编码。 最简单的二进制编码方式是等长编码。若采用不等长编码，让出现频率高的 字符具有较短的编码，让出现频率低的字符具有较长的编码，这样可能缩短传送 电文的总长度。哈夫曼树课用于构造使电文的编码总长最短的编码方案。
（2）哈弗曼编码
void CreateHCode(HTNode ht[],HCode hcd[],int n) { int i,f,c; HCode hc; for (i=0;i<n;i++) { hc.start=n;c=i; f=ht[i].parent; //根据哈夫曼树求哈夫曼编码
第二章 设计要求 对输入的一串电文字符实现哈夫曼编码， 再对哈夫曼编码生成的代码串进行 译码，输出电文字符串。通常我们把数据压缩的过程称为编码，解压缩的过程称 为解码。电报通信是传递文字的二进制码形式的字符串。但在信息传递时，总希 望总长度能尽可能短，即采用最短码。假设每种字符在电文中出现的次数为 Wi， 编码长度为 Li，电文中有 n 种字符，则电文编码总长度为∑WiLi。若将此对应 到二叉树上， Wi 为叶结点的权， Li 为根结点到叶结点的路径长度。 那么， ∑WiLi 恰好为二叉树上带权路径长度。因此 ，设计电文总长最短的二进制前缀编码， 就是以 n 种字符出现的频率作权，构造一棵哈夫曼树，此构造过程称为哈夫曼编 码。 设计实现的功能： (1) 哈夫曼树的建立； (2) 哈夫曼编码的生成； (3) 编 码文件的译码。
径上的各分支约定：指向左子树的分支表示“0”码，指向右子树的 设计意义 分支表示“1”码，取每条路径上的“0”或“1”的序列作为和各个 叶子对应的字符的编码，这就是哈夫曼编码。哈弗曼译码输入字符 串可以把它编译成二进制代码，输入二进制代码时可以编译成字符 串。
指导教师： 年 月 日
目
第一章 第二章 第三章
附录：..........................................................................................................................12
第一章 需求分析 在当今信息爆炸时代， 如何采用有效的数据压缩技术节省数据文件的存储空 间和计算机网络的传送时间已越来越引起人们的重视， 哈夫曼编码正是一种应用 广泛且非常有效的数据压缩技术。哈夫曼编码是一种编码方式，以哈夫曼树—即 最优二叉树，带权路径长度最小的二叉树，经常应用于数据压缩。哈弗曼编码使 用一张特殊的编码表将源字符（例如某文件中的一个符号）进行编码。这张编码 表的特殊之处在于，它是根据每一个源字符出现的估算概率而建立起来的（出现 概率高的字符使用较短的编码， 反之出现概率低的则使用较长的编码，这便使编 码之后的字符串的平均期望长度降低，从而达到无损压缩数据的目的） 。哈夫曼 编码的应用很广泛，利用哈夫曼树求得的用于通信的二进制编码称为哈夫曼编 码。树中从根到每个叶子都有一条路径，对路径上的各分支约定：指向左子树的 分支表示“0”码，指向右子树的分支表示“1”码，取每条路径上的“0”或“1” 的序列作为和各个叶子对应的字符的编码，这就是哈夫曼编码。哈弗曼译码输入 字符串可以把它编译成二进制代码，输入二进制代码时可以编译成字符串。
数 据 结 构 课 程 设 计
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设计题目：
哈夫曼树编码译码
课题名称 院 学 系 号 姓 名
哈夫曼树编码译码 年级专业 成 绩
②哈弗曼树的算法
void CreateHT(HTNode ht[],int n) { int i,k,lnode,rnode; int min1,min2; //调用输入的数组 ht[],和节点数 n
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for (i=0;i<2*n-1;i++) ht[i].parent=ht[i].lchild=ht[i].rchild=-1; for (i=n;i<2*n-1;i++) { min1=min2=32767; lnode=rnode=-1; for (k=0;k<=i-1;k++) { if (ht[k].parent==-1) { if (ht[k].weight<min1) { min2=min1;rnode=lnode; min1=ht[k].weight;lnode=k; } else if (ht[k].weight<min2) { min2=ht[k].weight;rnode=k; } } } ht[lnode].parent=i;ht[rnode].parent=i; ht[i].weight=ht[lnode].weight+ht[rnode].weight; 为两个最小节点权值之和 ht[i].lchild=lnode;ht[i].rchild=rnode; } } //父节点的左节点和右节点 //两个最小节点的父节点是 i //两个最小节点的父节点权值 //若权值小于最小的左节点的权值 //只在尚未构造二叉树的结点中查找 //int 的范围是-32768—32767 //lnode 和 rnode 记录最小权值的两个结点位置 //所有结点的相关域置初值-1 //构造哈夫曼树
（1）其主要流程图如图 1-1 所示。...................................................................3 （2）设计包含的几个方面...................................................................................4 第四章 详细设计........................................................................................................4
（1）①哈夫曼树的存储结构描述为：...............................................................4 （2）哈弗曼编码...................................................................................................5 （3）哈弗曼译码...................................................................................................7 （4）主函数...........................................................................................................8 （5）显示部分源程序：.......................................................................................8 第五章 第六章 第七章 调试结果......................................................................................................10 心得体会......................................................................................................12 参考文献......................................................................................................12
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（1）其主要流程图如图 1-1 所示。
开始 将 data 和权值赋给 ht
否
结点数是否大于 1 是 输出根结点和权值
否 I<2*N? 是 I++
调用 SELECT 函数
计算根结点函数
双亲结点为两子结点之和
输出两子结点和已构造的结点 否 是否为根结点？ 是 左子是否为空？
是
否 此时编码为 0 否 编码为 1 右子是否为空
是
结束
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（2）设计包含的几个方面：① 哈夫曼树的建立 哈夫曼树的建立由哈夫曼算法的定义可知， 初始森林中共有 n 棵只含有根结点的 二叉树。算法的第二步是：将当前森林中的两棵根结点权值最小的二叉树，合并 成一棵新的二叉树；每合并一次，森林中就减少一棵树，产生一个新结点。显然 要进行 n－1 次合并，所以共产生 n－1 个新结点，它们都是具有两个孩子的分支 结点。由此可知，最终求得的哈夫曼树中一共有 2n－1 个结点，其中 n 个结点是 初始森林的 n 个孤立结点。 并且哈夫曼树中没有度数为 1 的分支结点。我们可以 利用一个大小为 2n--1 的一维数组来存储哈夫曼树中的结点。 ② 哈夫曼编码 要求电文的哈夫曼编码，必须先定义哈夫曼编码类型，根据设计要求和实际需要 定义的类型如下： typedet struct { char ch; // 存放编码的字符 char bits[N＋1]; // 存放编码位串 int len; // 编码的长度 }CodeNode; // 编码结构体类型 ③ 代码文件的译码 译码的基本思想是：读文件中编码，并与原先生成的哈夫曼编码表比较，遇到相 等时，即取出其对应的字符存入一个新串中。