基于哈夫曼编码的通信系统的设计和实现

河北工业大学
《数据结构》课程实验
实验报告
题目：基于哈夫曼编码的通信系统的设计与实现专业：
班级：
姓名：
学号：
完成日期：
一、试验内容
利用哈夫曼编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。

但是，这要求在发送端通过一个编码系统对待传输数据预先编码，在接收端将传来的数据进行译码（复原）。

对于双工信道（即可以双向传输信息的信道），每端都需要一个完整的编/译码系统。

试为这样的信息收发站设计一个基于哈夫曼编码的通信系统。

二、试验目的
（1）掌握二叉树的存储结构及其相关操作。

（2）掌握构造哈夫曼树的基本思想，及其编码/译码过程。

三、流程图
判断
输入编码字符
及编码长度
进行哈夫曼
编码
输入要传送的
信息
对接收到的信
息进行译码
结束
四、源程序代码
#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<string.h>
int hfmbm(int n,int m,char p[])
{
typedef struct{
float we;
int pa,lc,rc;
}htnode,*huff;
h uff HT;
t ypedef char **huffman;
h uffman HC;
FILE *fp,*fp1;
i nt i,j,t,d,min[2],*h;
f loat *g;
c har a,*q[100],*temp;
h=(int *)malloc(m);
for(i=0;i<100;i++){
q[i]=(char *)malloc(m+1);
//对信息进行字符编码
for(j=0;j<m;j++){
if(i==0){h[j]=1;q[i][j]=p[h[j]];continue;}
else if(j==0){h[j]+=1;q[i][j]=p[h[j]];}
else q[i][j]=p[h[j]];
if(h[j]>n){h[j]=1;h[j+1]+=1;q[i][j]=p[h[j]];}
}
q[i][j]='\0';
}
fp=fopen("zifu.txt","w+");//字符编码写入文件
f or(i=0;i<100;i++){fputs(q[i],fp);}
f close(fp);
g=(float *)malloc(n);
f or(i=0;i<n;i++) g[i]=0;
f or(i=0;i<100;i++)
for(j=0;j<m;j++)
for(t=1;t<n+1;t++)
if(q[i][j]==p[t]) g[t-1]++;
f or(i=0;i<n;i++) g[i]=g[i]/800;//计算每个字符出现的概率
H T=(huff)malloc((2*n-1)*sizeof(htnode));
//计算哈弗曼编码
for(i=0;i<n;i++){HT[i].we=g[i];HT[i].pa=0;HT[i].lc=-1;HT[i].rc=-1;}
f or(;i<2*n-1;i++){
for(t=0;t<2;t++){
for(j=0;j<i;j++){
if(HT[j].pa==0){min[t]=j;continue;}
if(HT[j].pa==0&&HT[j].we<HT[min[t]].we) min[t]=j;
}
HT[min[t]].pa=i;
}
HT[i].we=HT[min[0]].we+HT[min[1]].we;
HT[i].pa=0;HT[i].lc=min[0];HT[i].rc=min[1];
}
HC=(huffman)malloc(n);
temp=(char *)malloc(m+1);
t=2*n-2;
d=-1;
//进行哈夫曼编码
f or(i=0,d=0;d!=n;i++){
if(HT[t].lc!=-1){t=HT[t].lc;temp[i]='0';}
else if(HT[t].rc==-1){
if(t>=0&&t<n){d++;HC[t]=(char
*)malloc(i+1);for(j=0;j<i;j++)HC[t][j]=temp[j];HC[t][j]='\0';}
t=HT[t].pa;
if(temp[i-1]=='0') HT[t].lc=-1;
else HT[t].rc=-1;
i=i-2;
}
else{t=HT[t].rc;temp[i]='1';}
}
fp=fopen("zifu.txt","r");
fp1=fopen("hmbn.txt","w+");
f or(i=0;i<100;i++){
for(j=0;j<m;j++){
a=fgetc(fp);
for(t=0;t<n;t++)if(a==p[t])fputs(HC[t],fp1);
}
putc('\n',fp1);
}
f close(fp1);
f close(fp);
r eturn(0);
}
main()
{
F ILE *fp,*fp1;
c har c,*p,nd[255],md[255];
i nt n,m,i,t,j;
printf("是否已经编完码？(Y/N)\n");
s canf("%c",&c);
i f(c=='y'||c=='Y')goto asd;
printf("输入编码字符集大小。

\n");
s canf("%d",&n);
p rintf("输入字符编码长度。

\n");
s canf("%d",&m);
p rintf("输入编码字符。

\n");
p=(char *)malloc(n+1);
f or(i=0;i<=n;i++)
scanf("%c",&p[i]);
h fmbm(n,m,p);
asd:printf("输入要传送的信息。

\n");
scanf("%s",nd);
s trcat(nd,"\n\0");
fp=fopen("100.txt","r");
for(i=0;i<100;i++){fgets(md,255,fp);t=strcmp(md,nd);if(t==0)break;} f close(fp);
i f(i==100){printf("无此信息的编码,重新输入(y)还是结束服务(n)?\n");
for(;;){
scanf("%c",&c);
if(c=='y'||c=='Y')goto asd;
if(c=='n'||c=='N')goto dfg;
}
}
e lse{
fp=fopen("hmbn.txt","r");
for(t=0;t<=i;t++)fgets(md,255,fp);
printf("编码是:%s\n",md);
fclose(fp);
}
//YIMA
fp=fopen("hmbn.txt","r");
f or(i=0;i<100;i++){
fgets(nd,255,fp);
if((t=strcmp(nd,md))==0){
fp1=fopen("100.txt","r");
for(j=0;j<=i;j++)fgets(nd,255,fp1);
printf("接收的信息是:%s\n",nd);
fclose(fp1);
break;
}
}
i f(i==100)printf("错误编码！\n");
dfg:return(0);
}
五、调试过程
在进行哈夫曼编码的时候，对它左右孩子的判断很重要，另外还要注意信息的保存，还有信息的查询和翻译。

六、结果分析
是否已经编完码？(Y/N)
n
输入编码字符集大小。

4
输入字符编码长度。

8
输入编码字符。

asdf
输入要传送的信息。

我。

编码是:0000100000101010101
接收的信息是:我。

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