哈夫曼编码和译码的设计与实现

算法与数据结构课程设计

哈夫曼编码和译码的设计与实现

1.问题描述

利用哈夫曼编码进行通信可以大大提高信道的利用率，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。试为这样的信息收发站设计一个哈夫曼码的编/译码系统。

2.基本要求

a.编/译码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CodePrin

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（树或凹入表形式或广义表）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。

b.测试数据

（1）利用下面这道题中的数据调试程序。

某系统在通信联络中只可能出现八种字符，其概率分别为0.25，0.29，0.07，0.08，0.14，0.23，0.03，0.11，试设计哈夫曼编码。

（2）用下表给出的字符集和频度的实际统计数据建立哈夫曼树，并实现以下报文的编码和译码：“THIS PROGRAM IS MY FAVORITE”。

字符空格 A B C D E F G H I J K L M

频度 186 64 13 22 32 103 21 15 47 57 1 5 32 20

字符 N O P Q R S T U V W X Y Z

频度57 63 15 1 48 51 80 23 8 18 1 16 1

3．需求分析

3.1程序的基本功能

本程序可以对任何大小的字符型文件进行Huffman编码，生成一个编码文件。并可以在程序运行结束后的任意时间对它解码还原生成字符文件。即：先对一条电文进行输入，并实现Huffman编码，然后对Huffman编码生成的代码串进行译码，最后输出电文数字

3.2输入/输出形式

当进行编码时输入为原字符文件文件名，当程序运行编码完成之后输入编码文件名（默认名为code.dll）。

当进行译码时输入为编码文件名（默认名为code.dll），从文件中读取Huffman 编码树后输入字符文件的文件名。

3.3测试数据要求

本程序中测试数据主要为字符型文件。

4．概要设计

1.系统结构图（功能模块图）

哈弗曼树编码译码器

编码译码退出

2．功能模块说明

（1）.编码：提示要编码的文件文件名→读取文件→以字母出现次数为权值建立哈弗曼树→对文本进行哈弗曼编码并输出编码→提示将编码保存的文件名→保存编码文件；

（2）.译码：提示输入要译码的文件名→利用建立好的哈弗曼树进行译码→将译码输出→提示保存译码文件的文件名→保存译码文件；

（3）.退出：退出系统，程序运行结束。

5．详细设计

创建哈弗曼树

开始

初始化哈夫曼链表

且有2n-1个节点

i=1

I

p->weight=count[i]

p=p->next

for(i=n;i<2*n-1;i++)

HT1->Parent=HT2->Parent=p

p->LChild=HT1

p->RChild=HT2

p->weight=HT1->weight+HT2-

结束

编码

开始

将字符存入哈夫曼编码结构体数组的字符单元中

if(q==q->Parent->LChild)

HC[i].code[--HC[i ].start]='0' HC[i].code[--H C[i].start]='1'

p=p->next

I=n 时结束

译码

6．调试分析

1.从叶子节点开始向上遍历二叉树,获得哈夫曼编码;

2.根据哈夫曼编码遍历哈夫曼树直到叶子节点,获得译码

3.算法的时间复杂度分析：程序部分用双循环嵌套结构，时间复杂度为O （n2）.

4．算法的空间复杂度分析：算法的空间复杂度为O （n ）

5. 程序需要反复调试，并且调试过程比较慢，需要有一个比较正确的调试方法，更需要我们有耐心

7．用户使用说明

开始

Root 指向根节点

P!=root

code[i]=='0'

p=p->LChild

p=p->Rchild p->LChild==NULL&&p-

>RChild==NULL

s[k++]=str[j]

p=root

结束

1.输入字符的个数n

2输入n个字符和n个权值

3 选择（1—5）操作可对huffman树进行编码和译码以及huffman树表的打印

4 退出系统

8．测试结果