数据结构课程设计哈夫曼编码和译码报告

内蒙古科技大学本科生课程设计说明书题目：数据结构课程设计——哈夫曼编码和译码学生姓名：***学号：**********专业：软件工程班级：1班指导教师：***日期：2016年1月8日内蒙古科技大学课程设计任务书目录内蒙古科技大学课程设计任务书 (1)第一章需求分析 (2)1.1程序的功能 (3)1.2输入输出的要求 (3)第二章概要设计 (3)2.1总体设计 (3)2.2数据类型设计（或数据结构设计） (4)2.3接口设计 //函数声明 (4)第三章详细设计 (6)3.1工程视图 (6)3.2类图视图 (6)3.3函数的调用关系 ············································错误!未定义书签。

3.4主程序流程图 (8)3.5主要算法流程图 (9)第四章测试分析 (11)4.1测试程序执行情况 (11)第五章用户手册（可选） (12)第六章课程设计总结 (13)附录：程序代码 (13)第一章需求分析1.1.程序的功能能对输入的字符串实现Huffman编码，且能利用生成的编码对Huffman代码串进行译码，输出相应字符串。

2.2.输入输出的要求首先，输入一个字符串，程序会列出字符串中包含的字符种类及每一种字符出现的次数，然后输出通过Huffman编码得到的各种字符的Huffman编码。

此时程序要求输入一串Huffman代码串，输入完毕程序会判断输入的代码串是否合法，若合法则输出译码结果。

第二章概要设计2.1总体设计2.2数据类型设计（或数据结构设计）enum Child{none,lchild,rchild}; //采用枚举，标记是左孩子还是右孩子class element //元素类{public://类的公有成员elememt(); //构造函数void change(char l,char *c,int p,Child h,int w) //对对象进行修改操作void getparent(int p) //对父结点的值进行修改操作void geta(Child h) //对孩子结点进行修改操作void getweight(int w) //对权值进行修改操作int returnweight() //返回权值操作friend void Select(element h[],int k,int *a,int *b);//友元函数的声明friend void HuffmanTreeCode(element HT[]);friend void HuffmanTreeYima(element huff[],char cod[],int b);private://类的私有成员char letter,*code; //letter为字符,*code指向编码字符串int weight; //权值int parent; //父结点Child a; //为父结点的左孩子还是右孩子};2.3接口设计主函数：对输入的字符段进行存储，并对字符数和对应的权值（字符个数）进行统计存储。

哈夫曼树初始化函数：对给定的字符数和权值，创建一棵哈夫曼树。

权值大小比较函数：找到每次所给集合的最小值和次小值，并返回给哈夫曼树初始化函数。

哈夫曼树编码函数：对创建的哈夫曼树，为左孩子的赋值为0，右孩子赋值为1，然后对叶子结点依次编码。

哈夫曼树译码函数：对输入的01二进制数一一与叶子结点的编码依次比较匹配。

第三章详细设计3.1工程视图图3.1工程视图3.2类图视图图3.2类图视图3.3 函数的调用关系图3.3函数调用关系图3.4主程序流程图图3.4主程序流程图3.5主要算法流程图图3.5.1哈夫曼编码函数图3.5.2哈夫曼译码函数第四章测试分析4.1测试程序执行情况准备典型的测试数据和测试方案，包括正确的输入及输出结果和含有错误的输入及输出结果：输入：编码输入演示图输出：编码输出演示图正确输入哈夫曼编码代号：正确译码输入演示图输出：正确输入译码译码结果输出演示图错误输入哈夫曼编码代号：错误输入哈夫曼编码代码串示意图输出：错误输入哈夫曼编码代码串输出示意图第五章用户手册（可选）1.运行程序，程序首先会要求你输入需要编码的字符串，输入完毕按回车即可进行编码：程序启动画面输出：编码输出画面2.输出编码后，程序会提示输入需要译码的哈夫曼编码串，输入后按回车即可进行译码：译码输入界面输出：译码输出界面3.译码结束后，输入N可退出程序，输入Y可继续进行译码。

第六章课程设计总结此次课程设计，我编写程序的时候遇到了不少问题，在攻克这些问题，最终实现课题任务的过程中，我学到了不少东西：首先，在完成一个课题之前，要仔细理解课题要求。

我在此次课程设计中犯的最严重的错误，应该算没有仔细审题。

课题的要求是用读取文件的方式输入需要编码字符，译码所需的编码代号也要用文本方式输入。

我在拿到这个课题的时候，因为没有仔细理解这些要求，就采用了键盘输入字符进行编码和译码的方式，以致没有完全达到课题的要求。

另外，这次课程设计充分暴露了我的惰性思想。

在拿到这个课题后，因为对哈夫曼编码这个知识点理解比较到位，所以没花多少时间就完成了课题要求实现的功能。

然而，在此之后，我由于自我感觉良好和惰性，没有积极地去寻找改进程序的方法，也没对程序运行的界面进行美化，使其拥有良好的用户使用体验。

最终在考核的时候，交给老师的是一个界面简陋，功能不全面的程序。

通过这次课程设计，我更加深入了理解了哈夫曼编码的过程，以及利用哈夫曼编码对数据进行压缩的优越性，并且使我能够更熟练地运用树形的数据结构。

并且体会到了在学习中，要严格要求自己，不能因为一点点的成功就骄傲自满，停止不前。

附录：程序代码#include <iostream.h>#include<fstream.h>#include <string.h>#include <malloc.h>#include <stdio.h>const int Lengh=1000; //最大长度为1000char coding[100]; //存储二进制字符串int n; //定义全局变量ofstream file1("编码.txt");; //创建编码保存文件ofstream file2("译码.txt");; //创建译码保存文件enum Child{none,lchild,rchild}; //采用枚举标记事左孩子还是右孩子class element{public:elememt();void change(char l,char *c,int p,Child h,int w){code=c;letter=l;a=h;weight=w;parent=p;}void getparent(int p){parent=p;}void geta(Child h){a=h;}void getweight(int w){weight=w;}int returnweight(){return weight;}friend void Select(element h[],int k,int *a,int *b);friend void HuffmanTreeCode(element HT[]);friend void HuffmanTreeYima(element huff[],char cod[],int b);private:char letter,*code; //letter为字符,*code指向编码字符串int weight; //权值域int parent; //父结点序号Child a; //为父结点的左孩子还是右孩子};void Select(element h[],int k,int *a,int *b);//寻找最小和次小节点的序号void InitHuffmanTree(element huffTree[],char t[],int w[]) //哈夫曼树的初始化{int i,m=2*n-1,s1,s2; //no+n2=n 所以一要申请m个空间for(i=0;i<n;i++) //初始前n个结点{huffTree[i].change(t[i],'\0',-1,none,w[i]);}for(;i<=m;i++) //后m-n个结点置空{huffTree[i].change(' ','\0',-1,none,0);}for(i=n;i<m;i++) //建立哈夫曼树{Select(huffTree,i-1,&s1,&s2); //在huffTree中找权值最小的两个结点s1,s2huffTree[s1].getparent(i); //将s1,s2合并，则s1,s2的双亲是ihuffTree[s2].getparent(i);huffTree[s1].geta(lchild); //s1是左孩子huffTree[s2].geta(rchild); //s2是右孩子huffTree[i].getweight(huffTree[s1].returnweight()+huffTree[s2].returnweight ());//s1,s2的双亲的权值为s1，s2权值之和}}void Select(element h[],int k,int *a,int *b) //寻找最小和次小节点的序号{int i;int min1=1000; //初始化最小结点和次小结点int min2=1000;for (i=0;i<=k;i++)//找最小的结点序号{if (h[i].parent==-1&&h[i].weight<min1) //如果没有父结点并且它的权值小于min1的权值{*a=i; //将i放入a中min1=h[i].weight; //找到第一个最小结点}}for(i=0;i<=k;i++) //找次小结点的序号{if(h[i].parent==-1&&(*a!=i)&&h[i].weight<min2) //满足没有父结点，此序号不等于最小结点的序号，权值小于min2{*b=i;min2=h[i].weight; //找到次最小结点}}}void HuffmanTreeCode(element HT[]) //字符编码{int i;char *temp;temp=(char *)malloc(n*sizeof(char)); //分配n个字符空间temp[n-1]='\0'; //最后一个字符以后结束字符串int p;int s;for(i=0;i<n;i++) //n个字符结点一个个处理{p=i;s=n-1; //s为最后一个结点while(HT[p].parent!=-1) //从字符结点回溯,直至根结点{if(HT[p].a==lchild) //p指向的如果是左孩子temp[--s]='0'; //s位置字符为0else if(HT[p].a==rchild) //p指向的如果是右孩子temp[--s]='1'; //s位置字符为1p=HT[p].parent; //回溯父结点}HT[i].code=(char *)malloc((n-s)*sizeof(char));//分配结点编码长度的内存空间strcpy(HT[i].code,temp+s); //将temp中从第s个位置开始，将编码拷贝到 HT[i].codeprintf("%c",HT[i].letter);printf(": ");printf("%s\n",HT[i].code); //打印出字符即对应的二进制字符串file1<<HT[i].letter <<":"<<HT[i].code <<endl; //保存至编码文件中}}void HuffmanTreeYima(element huff[],char cod[],int b) //译码{char sen[100];char temp[50];char voidstr[]=" "; //空白字符串int t=0; int s=0;int xx=0;for(int i=0 ; i<b; i++){temp[t++]=cod[i]; //读取字符temp[t] = '\0'; //有效字符串for(int j=0;j<n;j++) //依次与所有字符编码开始匹配{if (!strcmp(huff[j].code,temp)) //匹配成功{sen[s]=huff[j].letter; //将字符保存到sen中s++;xx+=t;strcpy(temp,voidstr); //将TEMP置空t=0; //t置空break;}}}if(t==0) //t如果被置空了，表示都匹配出来了，打印译码{sen[s]='\0';cout<<"译码为:"<<endl;file2<<sen;cout<<sen<<endl;}else //t如果没有被置空，源码无法被完全匹配{ cout<<"二进制源码有错！从第"<<xx+1<<"位开始"<<endl;file2<<"二进制源码有错！从第"<<xx+1<<"位开始"<<endl;}}void main(){char a[Lengh],p;int i,b[Lengh];int symbol=1;int x;int k;if(!file1){cout<<"不能打开文件1!";return;}if(!file2){cout<<"不能打开文件2!";return;}cout<<"\t\t\t\t哈夫曼编码与译码\t\t\t\t"<<endl;cout<<"编码："<<endl;cout<<"请输入一句话进行初始编码：";char buff[1024]={0};//零时存放输入的话cin.getline(buff,1024);//读入一行包括空格键，以回车键结束int len=strlen(buff);element h[Lengh];for (i=0;i<len;i++){for(int j=0;j<n;j++){if (a[j]==buff[i]){b[j]=b[j]+1;break;}}if (j>=n){a[n]=buff[i];b[n]=1;n++;}}for (i=0;i<n;i++){cout<<"字符："<<(char)a[i]<<" 权值："<<(int)b[i]<<endl;//a[]存字符 b[]存权值；}InitHuffmanTree(h,a,b); //哈夫曼树的初始化HuffmanTreeCode(h); //编码cout<<"译码："<<endl;while(1){cout<<"请输入要译码的二进制字符串,输入'#'结束：";file2<<"二进制字符串:";x=1;k=0;symbol=1;while(symbol){cin>>p;if(p!='1'&&p!='0'&&p!='#') //若存在其它字符，x设为0，表示输入的不是二进制{x=0;}coding[k]=p;if(p=='#')symbol=0; //#号结束标志elsefile2<<p;k++;}if(x==1){file2<<endl<<"译码为:";HuffmanTreeYima(h,coding,k-1); //进行译码file2<<endl;}else{cout<<"有非法字符！"<<endl;file2<<endl<<"有非法字符！"<<endl;}cout<<"是否继续?(Y/N):";cin>>p;if(p=='y'||p=='Y')continue;elsebreak;}();();}。