哈夫曼树编码译码实验报告

数据结构课程设计设计题哈夫曼树编码译码S.TiT 如I.C院 系年级专业学号姓名成绩课题名称哈夫曼树编码译码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，以哈夫曼树一即最优二又树，带权路径长度最小的二 义树，经常应用于数据压缩。哈弗曼编码使用一特殊的编 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 目的与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 设计意义的各分支约定：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。指导教师：年 月 日第一章需求分析1.第二章设计要求1.第三章概要设计2.（1）其主要流程图如图1-1所示。3（2）设 计 包 含 的 儿 个 方 面4.第四章详细设计4.（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&（5）显示部分源程序：8.第五章调试结果10第六章心得体会12第七章参考文献12附录: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，以哈夫曼树一即最优二 义树，带权路径长度最小的二义树，经常应用于数据压缩。哈弗曼编码使用一特殊 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“ T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。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刀WiLio若将此对应 到 二义树上，Wi为叶结点的权，Li为根结点到叶结点的路径长度。那么，刀WiLi恰 好为二义树上带权路径长度。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。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。若米用不等长编码，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。(1)其主要流程图如图1-1所示(2)设计包含的儿个方面：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 义树。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又树，合并成一棵新的二又树；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-l次合并，所以共产生n-l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-l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。 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 bitsN + 1; 存放编码位串int len; 编码的长度JCodeNode; 编码结构体类型 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。第四章详细设计(1)哈夫曼树的存储结构描述为：define N 50 /叶子结点数标e& ne M 2*X-1 /哈夫曼树中结点总数ypedeW struct :int weight： 叶子结点的权值in t Ichild, rchild, pare nt: II左右孩子及双亲指针:-HTNode: II树中结点类型typedef nTNode Huffnwi nTree IX*1:哈弗曼树的算法void CreateEKETNode ht , int n)11 调用输入的数组 ht ,和节点数 aint i. k . lno de. r no de:int min 1. mi n2:for (i=0:i2 iii)htCi.pare nt=hti. lchild=h ti. rchild=-l;for (i=n: i2*mi n 仁 mi n2=32767：Ino de=r no de=-l:for (k=0:XW-l;Di (ht k. pare nt=-l)i (ht k. weijhtxmi nl)mi n2=mi nl:mde=l no de: ain l=htk. weight: Ino de=x:else i (htk. weirht c;HCode he:根据哈夫曼树求哈夫曼编码for (i=0:iare nz:he. start*：hcd：i=hc;Xg指向哈夫曼编码hc.cdl最开始字符输出哈夫曼编码的列表print（*输出哈夫曼编码:W）;or (i=0:i n;i)void DispHCde (ETNde ht HCode hcdC, int n)输出Ma中的所有数据，即A-2prints(ht i. data):for (k=hcdi- start ;k i nt n)char stri nc：)(AXSI：E;int i, j, k：scan 广虹，string):II把要进行编码的字符串存入斗冲数组中print（*n输出编码结果：W :for (i=0：5tri 心II#为终止标志i(stridaxa)就输出这个字符的编码for (k=hcdj. start ;k=n :kT)(prin thcdj. cdk):break：循环查找与输入字符相同的编号，相同的输出完成后跳出当前g循环(3)哈弗曼译码void deHCode (ETNode ht, HCode hcd int n)char code：MAXSI;int i. j. 1. k. m. x;scan code):while (code 0 !=)for (i=0:i nm=0;for (k=hcdi. start, j=0：k n):printf (*n按任意键返回.*): eetchO ;system(cis*):break;case d:b D：15:break;default:5ystem(*cls*):第五章调试结果进入主菜单打：Flckim FiLBXIictuAuft Visual SiudioV*ProjulsdrsaXVtt LucdCsirB IVIVIVn漏革片7T什11选A时结果| *。； Frogia FiLaXIioiosort Vimial 3tudioBrProjolaXdriaXDlJuodfaa. |输出哈夫曼编码： 白：111D-1： OL0C =011000D =0B0S0E =10110F:010G-1109 L1H:匹JLJL 010J :MUM1J：BillK：011301006L：011001 (MlM：loinH:1100100:1000P:1001Q： n：HURR1 ni =saleT =QBHU =1101U =0A91V-01X0011X：fltd选择B时的显示结果.C，、CxXPtusiaa FilesMiciusuft Visual StudioMyPtujec1sdfDebiigdfsa.修输入要进f h?UDtl阳tl编码培果，K311001019110108000辰任意槌返回.选C时的显示结果P1 uiu Files Mica osQtt Ti?ual StudiDVLOjc-isXdrsxAeVuc*drz.01108100310111113S10 1009；|o811 1101811301018 1请输入编码同卫结卓XliiifliMtfie按任意诧返叵.第六章心得体会通过这次课程设计，让我对一个程序的数据结构有更全面更进一步的认识，根 据不同的需求，采用不同的数据存储方式，不一定要用栈，二又树等高级类型，有 时用基本的一维数组，只要运用得当，也能达到相同的效果，甚至更佳，就如这次 的课程设计，通过用for的多重循环，舍弃多余的循环，提高了程序的运行 效率。 在编写这个程序的过程中，我复习了之前学的基本语法，哈弗曼树最小路径的求 取，哈弗曼编码及译码的应用围，程序结构算法等一系列的问题它使我对 数据结构 改变了看法。在这次设计过程中，体现出自己单独设计模具的能力以及 综合运用知 识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，也从中发现自己平时 学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。第七章参考文献12徐孝凯编著，数据结构课程实验，清华大学出版2002年第一版乃笑编著，数据结构与算法，电子工业2004年10月3严蔚敏数据结构（C语言版）清华大学附录: 源程序如下:U: nclude U: ncludeh要用函数妥调用的头文件clude/用5要调用的头文件elude sdei neN 50II义用、表示50叶节点数II用X表示节点总数当叶节点数位口时总节点数为2n-lt/pedef structchar data：II结点值II权值xnt pare nt:II双亲结点xnt Ichild:左孩r结点xnt rchild:II右孩子结点HTNode:t/pedef struct/存放哈夫曼码从开始读cd中的哈夫曼码char cdX:int start:HCode;void CreateHT(HTNode ht, i nt n) int i. k lno de. r :int min 1. mi n2:for (i=0:i2* n-l:i+)pare nt=hti. lchld=h ti. rchild=-l:for (i=n: i2*min 15 n2=32767：Ino de=r no de=l:or (k=0;k=i-l:W)i (ht k. pare zvr=-l)i (ht k. weijhTmi nl)调用输入的数组削，和节点数.所有结点的相关域置初值-1H构造哈夫曼树/int 的围是-32T6S 327677珏迅和mode记录最小权值的两个结点位置只在尚未构造二叉树的结点中查找力若权值小于最小的左节点的权值min2=min 1:r no de二Inode:min k. weight: Ino de二k：else i (htk. veieht c ：HCode he;or (i=0:i xi;ifhe. ztart=n: c=i:=kti. pare nt:while (!=-!)i (htf.lchilare nz:he. start*：hcd：i=kc;循序直到树根结点结束循环处理左孩了结点处理右孩了结点xtart指向哈夫曼编码he. cd:中最开始字符void DispHCde (JHNode ht HCode hcd, int n)( int i. k:print(* 输出哈夫曼编码:W);or (i=0:i hti. data);for (k=hcdi. start ;k=n :kTprin thcdi. cdk):输出哈夫曼编码的列表，输!B data中的所有数据，即A输出所有况&中数据的编码void editHCode (ETNode ht HCode hcd：, in。 n)ckar ztri n匕:MAXSIZE;int i. j. k:scan ztri ns):print(*n输出编码结果:rT );for (i=0：5tri 典i!：* :ifor (j=O：j n;g)i(ztri nsLi=kt j. daxa)就输出这个字符的编码for (k=hcdj. start ;k=n :kf(prin tf hcdj. cdk):break:编码函数把要进行编码的字符串存入g皿数组中M为终ll：标志,循环查找与输入字符相同的编号，相同的输出完成后跳出当前g循环void deHCde (JfTNode h?, HCode hcdC, int n)(char code：MAXSI;int i. j. 1. k. m. x;scan cde):把要进行译码的字符串存入“品数组中H为想同编码个数的计数器J为记录所存储这个字符的编码个数while (code 0 != )for (i=0: i n ;ii)m=0:for (k=hcdi. start, j=0：k las=l:char sx口=(人初始化int numr = (lS6.64, 13,22,32,103, 21, 15, 47,57, 1,2,32,20,57, 63,15, 1, 18, 51, SO, 23, S, IS, 1,16-:初始化建立结构体建立结构体/,把初始化的数据存入 云结构体中HINode htM： HCode hcdM：for I i=0: i ;switch Iors?(case a :case A* :5y5tem(*cls*) :/ 清屏函数CreateHT(ht, n):CreateHCode(ht hcd, n):DispHCodeIht, hcd n):print(*n按任意键返回勺:getch():system(*cls*):break:case b*:case B:system(*cls*):prxntfC-请输入要进行编码的字符串 (以*结束,:C:editHCode(ht, hcd, n):print(*n按任意键返回勺:getch():system(*cls*):break:B /case C* :system(*cls*):DispHCodeIht, hcd n):print(-请输入编码(以#结束:VO :deHCode(ht, hcd, n):print(*n按任意键返回勺:getch():system(*cls*):break:case d:b D:la*=0： break:default:5y5tem(*clz*):