哈夫曼编码译码器实验报告

中北大学数据结构课程设计说明书学生姓名:学号：10210109学院:软件学院专业:软件开发与测试题目:哈夫曼编码/译码器指导教师康珺2011年12月20日-1-目录1问题描述.................................................................错误!未定义书签。2需求分析.................................................................错误!未定义书签。3概要设计................................................................................................13．1抽象数据类型定义.....................................................................13．2总体框图以及功能描述.............................................................24详细设计................................................................................................24．1数据类型的定义.........................................................................24．2主要模块的算法描述.................................................................35测试分析................................................................................................46课程设计总结........................................................................................6附录（源程序清单）................................................................................71问题描述1.设计一个利用哈夫曼算法的编码和译码系统，重复地显示并处理以下项目，直到选择退出为止。(1)将权值数据存放在数据文件(文件名为data.txt，位于当前目录中)；(2)分别采用动态和静态存储结构;初始化：键盘输入字符集大小n、n个字符和n个权值，建立哈夫曼树;(3)编码：利用建好的哈夫曼树生成哈夫曼编码；输出编码；设计要求：(1)符合课题要求，实现相应功能；(2)要求界面友好美观，操作方便易行；(3)注意程序的实用性、安全性。2需求分析编写此软件是为了实现一个利用哈夫曼算法的编码和译码系统。比如，再利用电报进行通讯时，需要将文字转换成由二进制的字符组成的字符串。比如需传送的电文为“ABACCDA”假设将A,B,C,D分别编码为00、01、10、11.则上述电文遍为00010010101100，总长度为14位。但是在传送过程中，总希望长度能够尽可能的短，于是我们想采用长度不等的编码。但是这种编码必须遵循：任何一个字符的编码都不是另一个字符编码的前缀。对此软件的要求：能够正确的使得对于输入的字符进行编码以及译码，并且是的在译码过程中不会出错，同时能够将编码以及译码的结果正确的存入文件当中。-1-3概要设计3．1抽象数据类型定义ADTBinaryTree{数据对象：D={ai|ai∈ElemSet,i=1,2,...,n,n≥0}数据关系：若D为空集，则称为空树。若D仅为一个数据元素，则R为空集，否则R={H}，H是如下的二元关系：（1）再D中存在唯一的称为根的数据元素root，它在关系H下无前驱。（2）若D-{root}空集，则存在一个划分D1，D2，···，Dm（m0）。（3）对应于D-{root}的划分，H-{root，X1}，···，root，Xm}有唯一的一个划分H1，H2，···，Hm（m0）。基本操作：InitTree(&T)操作结果：构造空树T。DestroyTree(&T)初始条件：树T已存在。操作结果：树T被销毁。ClearTree(&T)初始条件：树T已存在。操作结果：将树T清为空栈。TreeEmpty(T)初始条件：树T已存在。操作结果：若树T为空，则返回TRUE，否则FALSE。TreeDepth(T)初始条件:树T已存在。操作结果：返回T的深度。Root（T）初始条件：树T已存在。操作结果：返回树T的根。-2-3．2总体框图以及功能描述4详细设计4．1数据类型的定义（1）哈夫曼树节点类型structhufmtreenode{//哈弗曼树结点数据类型chardata;floatweight;//结点权值intparent,lchild,rchild;//父结点，左、右孩子结点};（2）哈夫曼树类型structhufmtree{//哈弗曼树数据类型hufmtreenode*node;//结点数组（根据n的值动态分配）intn;//叶子结点数};（3)哈夫曼编码数据类型structCodetype{//哈弗曼编码数据类型char*bits;//编码流数组，intstart;//编码实际在编码流数组里的开始位置}-3-4．2主要模块的算法描述（1)主函数：voidmain(){printf(哈夫曼编码译码系统\n);tree=CreateHuffmanTreeFromSourceFile();//读取文件建立哈树tree=CreateHuffmanTreeByInput();//手动输入建立哈夫曼树HuffmanCode(tree);//打印字符集的哈夫曼编码tree=Encoding(tree);//对文本文件编码Decoding(tree);//对代码文件译码}（2）构造哈夫曼树hufmtree*BuildHuffmanTree(hufmtree*tree){//构建叶子结点已初始化的哈夫曼树For(p=HT,i=1;i=n;++i,++p,++w)*p={0,0,0,0};For(;i=m;++i,++p)*p={0,0,0,0);For(i=n+1;i=m;i++){Select(HT,i-1,s1,s2);HT[s1].parent=i;HT[s2].parent=i;HT[s1].parent=s1;HT[s1].parent=s2;-4-HT[i].weight=HT[s1].weight+HT[s2].weight;}}（3）利用哈夫曼编码算法哈夫曼编码HuffmanCode(tree){hc=(HuffmanCode)malloc((n+1*sizeof(char*))cd=(char*)malloc(n*sizeof(char));cd[n-1]=\0;for(c=i;i=n;++i)start=n-1;for(c=i;f=HT[i].parent;f!=0;c=f,f=HT[f].parent)If(HT[f].lchild==c)cd[--start]='\0';HC[i]=(car*)malloc((n-start)*sizeof(char));Strcpy(HC[i],&cd[start]);}5测试分析(1)打开源文件统计各字符及权值信息并存入data.txt文件中-5-(2)将统计出的权值信息进行哈夫曼编码（3）将编码内容存入CodeFile.txt文件中（4）将CodeFile.txt文件中的内容译码（5)成功译码把原字符信息存入DeCodeFile.txt文件中-6-（6）输入各字符及其权值（7）将各字符的权值信息进行哈夫曼编码（7）根据编码再进行译码工作6课程设计总结课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，当今计算机应用在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握计算机开发技术是十分重要的。回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，自从拿到题目到完成整个编程，从理论到实践，在整整一个星期的日子里，可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有-7-理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，这毕竟独立做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说结构体……通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在谢老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在李玉蓉老师的《软件工程导论》课上我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！附录（源程序清单）#includestdio.h#includeconio.h#includestdlib.h#defineMAXVAL10000.0structhufmtreenode{//哈弗曼树结点数据类型chardata;doubleweight;//结点权值intparent,lchild,rchild;//父结点，左、右孩子结点};structhufmtree{//哈弗曼树数据类型hufmtreenode*node;//结点数组（根据n的值动态分配）intn;//叶子结点数};structCodetype{//哈弗曼编码数据类型char*bits;//编码流数组，n为为哈夫曼树中叶子结点的数目，编码的长度不可能超过nintstart;//编码实际在编码流数组里的开始位置-8-};voidSortHufmtree(hufmtree*tree){//将哈夫曼树n个叶子结点由大到小排序inti,j,k;hufmtreenodetemp;if(tree==NULL)return;for(i=0;itree-n;i++){k=i;for(j=i+1;jtree-n;j++)if(tree-node[j].weighttree-node[k].weight)k=j;if(k!=i){temp=tree-node[i];tree-node[i]=tree-node[k];tree-node[k]=temp;}}}Codetype*HuffmanCode(hufmtree*tree){//哈弗曼编码的生成inti,j,p,k;Codetype*code;if(tree==NULL)returnNULL;code=(Codetype*)malloc(tree-n*sizeof(Codetype));for(i=0;itree-n;i++){printf(%c,tree-node[i].data);//打印字符信息-9-code[i].bits=(char*)malloc(tree-n*sizeof(char));code[i].start=tree-n-1;j=i;p=tree-node[i].parent;while(p!=-1){if(tree-node[p].lchild==j)code[i].bits[code[i].start]='0';elsecode[i].bits[code[i].start]='1';code[i]