哈夫曼树课程设计报告材料

课程设计

题目：哈夫曼编码器

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学生姓名：

指导教师：

2014年1月2日

课程设计需求分析报告

一、分析问题和确定解决方案

1.分析问题

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,为这样的信息收发站写一个哈夫曼的编/译码系统。

2.确定解决方案

设计建立带权的哈夫曼树，确定哈夫曼树的类与成员函数，以及各函数之间的调用关系，采用动态数组的存储结构存储所需要的数据，通过不同的函数来实现编码，译码以及打印二进制编码、哈夫曼树，把不同的数据存入不同的txt文件中，通过主函数调用来实现功能检测。

3.输入的形式和输入值的范围

手动或者从文本中读入数据的形式初始化哈夫曼树，从键盘中或者文件中读入数据，以字母A-Z代表结点，以自然数代表权值，字符串提示使用者所要执行的操作。

4.输出的形式

在显示器界面上或者以文本的形式来实现程序调试的输出。

5.程序所能达到的功能

(1)初始化。手动输入字符集大小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WritehfmTree中,输出哈夫曼树及各字符对应的编码存于WritehfmCode;从文本中读入字符，建立哈夫曼树存于ReadhfmTree, 输出哈夫曼树及各字符对应的编码存于ReadhfmCode.

(2)编码。手动输入一串大写英文字符，该字符存于WriteToBeTron中，对字符进行编码并将它存于WriteCodeFile中；从文件中读取字符编码并存于ReadCodeFile中。

(3)印代码文件。将文件ReadCodeFile以紧凑格式显示在终端上，每行50个代码。同时将

此字符形式的代码码写入文件CodePrint中。

(4)印哈夫曼树。将初始化的哈夫曼树以直观的方式显示在终端上，同时将此字符形式的哈夫曼树写入文件TreePrint中。

各个功能数据输出存储位置（如表1所示）

表1：各个功能数据输出存储位置表

6.测试数据

(1)正确的输入：1>输入主菜单项中的英文字母I(i),E(e),D(d),P(p),Q(q)

输出结果：进入所选的功能界面

2>输入子菜单项中的数字1，2，3，(4)

输出结果：执行所选的功能

(2)含有错误的输入：1>输入除了主菜单项中的英文字母I(i),E(e),D(d),P(p),Q(q)

输出结果：<您的输入有误，请重新输入：>

2>输入除了子菜单项中的数字1，2，3，(4)

输出结果：<您的输入有误，请重新输入：>

7.程序说明

(1)程序中数据类型的定义：用到三组结构体，分别是哈夫曼树的动态数组存储结构*HuffmanTree，哈夫曼编码表的存储结构HuffmanCode，字符结点的动态数组存储结构wElem 以及哈夫曼树类定义class Huffman。

(2)主程序的流程图：

用户从主菜单中选择所要进行的操作，如果输入选项错误则提示重新输入选项，否则进入选中的操作项(如图1所示)。

图1：主程序流程图

(3)各程序模块之间的层次(调用)关系：

主函数main（）调用初始化，编码，译码，打印二进制编码，打印哈夫曼树这五个子函数；进入初始化功能后调用手动输入，文本读入，默认文本这三个函数；进入编码功能后调用手动编码，文本读入编码这两个函数；进入译码功能后调用手动译码，文本读入译码这两个函数(如图2所示)。

图2:：各程序模块之间的层次(调用)关系

(4)默认的哈夫曼树：

空格以及字母A—Z频度分别为186，64，13，22，32，103，21，15，47，57，1，5，32，20，57，63，15，1，48，51，80，23，8，18，1，16，1建立一棵默认的哈夫曼树(如图3所示)。

图3：默认的哈夫曼树

二、详细设计

1、哈夫曼树存储及类的定义：

#include

#include

#include

#include

#include

typedef struct //哈夫曼树的存储结构

{

int weight; //权值

char HTch; //字符

int parent,lchild,rchild; //双亲，左孩子，右孩子

}HTNode,*HuffmanTree; //动态数组存储哈夫曼树

typedef struct //哈夫曼编码表的存储结构

{

char ch; //字符

char* hufCh; //二进制码

}HuffmanCode; //动态数组存储哈夫曼编码表

typedef struct //字符结点

{

char ch; //字符

int wt; //字符权值

}wElem; //动态分配数组存储读入字符与权值

class Huffman

{

public:

Huffman(){}; //构造函数

~Huffman(){}; //析构函数

void Initialization(HuffmanTree &HT,HuffmanCode *HC,int &n);//初始化，手动void Initialization(HuffmanTree &HT,HuffmanCode *HC,int &n,int v);

//初始化，标准文件

void Initialization(HuffmanTree &HT,HuffmanCode *HC,char*InitFile,int &n);

//初始化，统计

void EnCoding(HuffmanCode *HC,int hufnum); //手动编码

void EnCoding(HuffmanCode *HC,char*EnCodeFile); //文件读入编码

void Print(char *);//打印二进制编码

void Treeprinting( HTNode T,HuffmanTree HT,int n );//打印哈夫曼树

};

2、哈夫曼树的基本操作：

//手动输入字符与权值并初始化

void Huffman::Initialization(HuffmanTree &HT,HuffmanCode *HC,int &n)//哈夫曼树对象，编

码对象，字符数

//从文件读入标准哈夫曼树并初始化

void Huffman::Initialization(HuffmanTree &HT,HuffmanCode *HC,int &n,int v)//哈夫曼树对

象，编码对象，字符

数,区分功能参数

//从文件中统计字符与权值，构造哈弗曼树

void Huffman::Initialization(HuffmanTree &HT,HuffmanCode *HC,char*InitFile,int &n)//哈夫

曼树对象，编码对

象，文件名，字符数//编码函数,对用户输入的文件的正文进行编码,然后将结果存入文件WriteCodeFile.txt中void Huffman::EnCoding(HuffmanCode *HC,int hufnum)//编码数组对象，字符数

//编码函数,从文件读取

void Huffman::EnCoding(HuffmanCode *HC,char*EnCodeFile)//编码数组对象，文件名

//译码函数，对文件CodeFile中的代码进行译码,结果存入文件ReadTextFile.txt中

void Huffman::DeCoding(HuffmanTree HT,HuffmanCode *HC,char*DeCodeFile,int n)//哈夫曼

树对象，编码对象，

文件名，字符数

//译码函数，手动输入

void Huffman::DeCoding(HuffmanTree HT,HuffmanCode *HC,int n)//哈夫曼树对象，编码对

象，字符数