数据结构(C语言版)实验报告(哈夫曼树)

《数据结构与算法》实验报告一、需求分析1.问题描述：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)。对于双工通道（及可以双向传输信息的通道），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写一个哈夫曼的编/译码系统。2.基本要求一个完整的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（Treeprinting）。将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式（树或凹入表形式）显示出，同时将此字符形式的哈夫曼树写入文件TreePrint中。3.测试数据（1）利用教科书例6-2中的数据调试程序。（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：“THISPROGRAMISMYFAVORITE”。字符ABCDEFGHIJKLM频度6413223210321154757153220字符NOPQRSTUVWXYZ频度57631514851802381811614,实现提示（1）编码结果以文本方式存储在文件CodeFile中。（2）用户界面可以设计为“菜单”方式：显示上述功能符号，再加上“Q”表示退出运行Quit。请用户键入一个选择功能符。此功能执行完毕后再显示此菜单，直至某次用户选择了“Q”为止。（3）在程序的一次执行过程中，第一次执行I、D或C命令之后，哈夫曼树已经在内存了，不必再读入。每次执行中不一定执行I命令，因为文件hfmTree可能早已建好。二、概要设计本程序的数据类型定义为:typedefstruct{unsignedintweight;unsignedintparent,lchild,rchild;}HTNode,*HuffmanTree;typedefchar**HuffmanCode;所实现的功能函数为：voidinitHuffmanTree();//选择初始化哈夫曼树的方式intopenfileInit();//通过打开的data.txt文件初始化哈夫曼树该文件是为了测试数据2包涵26个字符intinputInit();//通过手动输入字符初始化哈夫曼树intHuffmanCoding(int*w);//初始化哈夫曼数，按照哈夫曼规则建立二叉树。此函数块调用了Select（）函数。voidSelect(intj,int&s1,int&s2);//选择parent为0，且weight最小的两个节点序号为s1，s2voidencoding();//选择哈夫曼编码方式voidopenfileEnco();//通过打开文件encode.txt的方式进行编码voidinputEnco();//通过手动输入的方式进行编码voiddecode();//选择译码方式voidopenfileDeco();//通过打开文件CodeFile.txt的方式进行译码voidinputDeco();//通过手动输入的方式进行译码voiddispHT(HuffmanTreenodeRoot,intlevel);//以缩进方式输出哈夫曼树直观图主函数：主函数主要设计的是一个分支语句，让用户挑选所实现的功能。如图所示：initHuffmanTree();初始化哈夫曼树HuffmanCoding()构造哈夫曼树编码调用Encoding()译码调用Decode（）dispHT()打印哈夫曼树Select（）供HuffmanCoding()调用三、详细设计//程序的头文件#includeiostream#includefstream#includecstringusingnamespacestd;ofstreamoutstuf;typedefstruct{unsignedintweight;unsignedintparent,lchild,rchild;}HTNode,*HuffmanTree;typedefchar**HuffmanCode;HuffmanTreeHT=NULL;intn=0;HuffmanCodeHC=NULL;char*ch=NULL;voidinitHuffmanTree();intopenfileInit();intinputInit();intHuffmanCoding(int*w);voidSelect(intj,int&s1,int&s2);voidencoding();voidopenfileEnco();voidinputEnco();voiddecode();voidopenfileDeco();voidinputDeco();voiddispHT(HuffmanTreenodeRoot,intlevel);voidinitHuffmanTree(){//选择初始化哈夫曼树intsel=0;for(;;){cout\t*********************************************************endl;cout\t*字符集及权值来源\t\t\t\t\t*endl;cout\t*\t1.使用权值文件data.txt进行编码\t\t\t*endl;cout\t*\t2.自行输入字符集及权值\t\t\t\t*endl;cout\t*\t3.返回上层\t\t\t\t\t*endl;cout\t*********************************************************endl;cout请输入您的选择endl;cinsel;if(sel==3)break;switch(sel){case1:openfileInit();break;case2:inputInit();break;default:cout对不起，您输入的数据有误！请重新输入。endl;}};}intopenfileInit(){//通过打开的data.txt文件初始化哈夫曼树该文件是为了测试数据2包涵26个字符int*w=(int*)malloc(28*sizeof(int));ch=(char*)malloc(28*sizeof(char));n=27;ifstreaminfile(data.txt,ios::in);if(!infile){cerropenerror!endl;exit(1);}cout权值文件中的信息（#代表空格）endlendl;for(inti=1;infile.eof()==0;i++){infilech[i];infilew[i];}coutendl;infile.close();cout字符:;for(i=1;i10;i++)coutch[i]'\t';cout权值:;for(i=1;i10;i++)coutw[i]'\t';cout字符:;for(i=10;i19;i++)coutch[i]'\t';cout权值:;for(i=10;i19;i++)coutw[i]'\t';cout字符:;for(i=19;i28;i++)coutch[i]'\t';cout权值:;for(i=19;i28;i++)coutw[i]'\t';coutendl;n=27;HuffmanCoding(w);cout各字符编码如下：endl;for(i=1;i=27;i++){coutch[i]'\t';coutHC[i]endl;};outstuf.open(code.txt,ios::out);for(i=1;i=27;i++){outstufch[i];outstufHC[i];};//将各个字符的编码写入文件code.txtoutstuf.close();return0;}intinputInit(){//通过手动输入字符初始化哈夫曼树cout请输入字符集n\t;cinn;int*w=(int*)malloc((n+1)*sizeof(int));if(!w){coutERROR;return0;}ch=(char*)malloc((n+1)*sizeof(char));if(!ch){coutERROR;return0;}cout请输入各字符\t;for(inti=1;i=n;i++)cinch[i];cout请输入各权值\t;for(i=1;i=n;i++)cinw[i];//outstuf.close();outstuf.open(hfmTree.txt,ios::out);for(i=1;i=n;i++){outstufch[i];outstufw[i];};//将各个字符的权值写入文件hfmTree.txtcoutendl;HuffmanCoding(w);cout各字符编码如下：;for(i=1;i=n;i++){coutch[i]'\t';coutHC[i];};outstuf.close();outstuf.open(code.txt,ios::out);for(i=1;i=n;i++){outstufch[i];outstufHC[i];};//将各个字符的编码写入文件code.txtcoutendl;outstuf.close();return0;}intHuffmanCoding(int*w){//哈夫曼编码if(n=1)return1;intm=2*n-1;HT=(HuffmanTree)malloc((m+1)*sizeof(HTNode));if(!HT){coutERROR;return0;}for(inti=1;i=n;++i){HT[i].weight=w[i];HT[i].parent=HT[i].lchild=HT[i].rchild=0;}for(;i=m;++i)HT[i].weight=HT[i].parent=HT[i].lchild=HT[i].rchild=0;ints1=0;ints2=0;for(i=n+1;i=m;++i){Select(i-1,s1,s2);HT[s1].parent=i;HT[s2].parent=i;HT[i].lchild=s1;HT[i].rchild=s2;HT[i].weight=HT[s1].weight+HT[s2].weight;}HC=(HuffmanCode)malloc((n+1)*sizeof(char*));char*cd=(char*)malloc(n*sizeof(char));if(!cd){coutERROR;return0;}cd[n-1]='\0';intstart;for(i=1;i=n;++i){start=n-1;for(intc=i,unsignedintf=HT[i].parent;f!=0;c=f,f=HT[f].parent){if(HT[f].lchild==c)cd[--start]='0';elsecd[--start]='