2022年数据结构课程设计哈夫曼编码 .pdf

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1、数据结构与算法学号： 2012141441210 姓名：张敏名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 15 页 - - - - - - - - - 2 数据结构与算法实验报告一、题目 -赫夫曼编码 /译码器1. 问题描述利用赫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。 这要求在发送端通过一个编码系统对待传输数据预先编码，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。

2、试为这样的信息收发站编写一个赫夫曼码的编/ 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，建立赫夫曼树，并将它存于文件hfmTree 中。(2) E：编码（ Encoding） 。利用已建好的赫夫曼树（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） 。利用已建好的赫夫曼树将文件CodeFile 中的代码进行译码，结果存入文件Textfile 中。以下为选做：

3、(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 ：印赫夫曼树（ Tree printing ） 。将已在内存中的赫夫曼树以直观的方式（比如树）显示在终端上，同时将此字符形式的赫夫曼树写入文件TreePrint 中。3.测试要求(1) 已知某系统在通信联络中只可能出现八种字符，其频率分别为0.05,0.29,0.07,0.08,0.14,0.23,0.03,0.11 ，试设计赫夫曼编码。(2) 用下表给出的字符集和频度的实际统计数据建立赫夫曼树，并实现以下报文的编码和译

4、码：“THIS PROGRAME IS MY FAVORITE ” 。字符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 4.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

5、) 在程序的一次执行过程中，第一次执行I，D 或 C 命令之后，赫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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 15 页 - - - - - - - - - 3 二、实验目的1、了解并掌握数据结构与算法的设计方法，具备初步的独立分析和设计能力；2、初步掌握软件开发过程的问题分析、系统设计、程序编码、测试等基本方法和技能；3、提高综合运用所学的理论知识和方法独立分析和解决问

6、题的能力；4、训练用系统的观点和软件开发一般规范进行软件开发，培养软件工作者所应具备的科学的工作方法和作风。5、了解哈夫曼树的构造原理和编解码流程四、具体要求 ：课程设计成果的内容必须由以下四个部分组成，缺一不可。(1) 上交源程序：学生按照实验题目的具体要求所开发的所有源程序（应该放到一个文件夹中）；(2) 上交程序的说明文件： （保存在 .txt 中）在说明文档中应该写明上交程序所在的目录，上交程序的主程序文件名，如果需要安装，要有程序的安装使用说明；(3) 设计报告：（保存在 word 文档中，文件名要求：按照“姓名 _学号 _设计题目”起名，如文件名为“张三 _XXX_ 赫夫曼编码”

7、.doc。打印稿用A4 纸） 。其中包括 : 题目；实验目的；需求分析：在该部分中叙述实现的功能要求；概要设计：在此说明每个部分的算法设计说明（可以是描述算法的流程图），每个程序中使用的存储结构设计说明（如果指定存储结构请写出该存储结构的定义）；详细设计各个算法实现的源程序，对每个题目要有相应的源程序（可以是一组源程序，每个功能模块采用不同的函数实现）。源程序要按照写程序的规则来编写。要结构清晰，重点函数的重点变量、重点功能部分要加上清晰的程序注释；调试分析测试数据， 测试输出的结果，时间复杂度分析，和每个模块设计和调试时存在问题的思考（问题是哪些？问题如何解决？），算法的改进设想；总结：总结

8、可以包括 : 设计过程的收获、遇到问题及解决问题过程的思考、程序调试能力的思考、对数据结构这门课程的思考、在设计过程中对数据结构课程的认识等内容。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 15 页 - - - - - - - - - 4 （4）考核成绩评定标准：本课程设计的评价由三部分组成，包括程序演示 （50% ） ， 课程设计报告 （30% ） ， 回答教师提问 （20% ） 。1程序演示：优功能完善，全部测试正确，并且能够对局部进行完善。良功能完善，但测试欠缺

9、。中功能基本完善，但程序尚有部分错误。及格完成内存中赫夫曼编码/ 译码，但不涉及文件操作。不及格功能不完善，且程序错误较多，无法运行。2课程设计报告：1优包括设计内容，设计思想，已经完成的任务及达到的目标，设计思路清晰、书写条理清楚，源程序结构合理、清晰，注释说明完整，有对本次课程设计的心得体会。2良包括设计内容，设计思想，已经完成的任务及达到的目标，设计思路基本清晰、书写条理基本清楚，源程序结构合理、清晰，注释说明基本完整，有对本次课程设计的心得体会。3中课程设计报告内容基本完整，思路较清晰，书写基本清楚，源程序结构尚可，有注释说明但不完整。4及格课程设计报告内容基本完整，思路较差，书写尚清

10、楚。5 不及格 课程设计报告内容不完整，书写没有条理。3回答教师提问：1.优能回答教师提出的所有问题，并完全正确，思路清晰2.良基本能回答教师提出的所有问题，有些小错误3.中基本能回答教师提出的问题，少数问题回答错误或不清楚4.及格能回答教师提出的问题，但较多问题回答错误或不能回答5.不及格基本不能回答教师提出的问题名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 15 页 - - - - - - - - - 5 三、概要设计A 问题分析哈夫曼树的定义1、哈夫曼树节点的数据

11、类型定义为：typedef struct /赫夫曼树的结构体char ch; int weight; /权值int parent,lchild,rchild; htnode,*hfmtree;2、所实现的功能函数如下1）void hfmcoding(hfmtree &HT,hfmcode &HC,int n)初始化哈夫曼树，处理InputHuffman(Huffman Hfm)函数得到的数据，按照哈夫曼规则建立2 叉树。此函数块调用了Select （）函数。2）void Select(hfmtree &HT,int a,int *p1,int *p2) /Select函数，选出HT 树到 a

12、为止，权值最小且parent 为 0 的 2 个节点3、 int main() 主函数：利用已建好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件hfmtree.txt中读入）对文件中的正文进行编码，然后将结果存入文件codefile.txt中。如果正文中没有要编码的字符，则键盘读入并存储到ToBeTran 文件中。 读入 ToBeTran 中将要编码的内容，将编码好的哈夫曼编码存储到CodeFile 中。 4、Encoding 编码功能：对输入字符进行编码名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - -

13、 第 5 页，共 15 页 - - - - - - - - - 6 5、Decoding 译码功能：利用已建好的哈夫曼树将文件codefile.txt中的代码进行译码，结果存入文件textfile.dat 中。6、Print() 打印功能函数：输出哈夫曼树，字符，权值，以及它对应的编码。 7、主函数的简要说明，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。使用链树存储，然后分别调用统计频数函数，排序函数，建立哈夫曼函数，编码函数，译码函数来实现功能。B 系统结构图（功能模块图）四、程序说明1）.哈夫曼编码 /译码器源代码#include #include #include #incl

14、ude #include typedef struct /赫夫曼树的结构体char ch; int weight; /权值int parent,lchild,rchild; htnode,*hfmtree; typedef char *hfmcode; void Select(hfmtree &HT,int a,int *p1,int *p2) /Select函数，选出HT 树到 a 为止，权值最小且parent 为 0的 2 个节点 int i,j,x,y; for(j=1;j=a;+j) if(HTj.parent=0) x=j; break; /选出 parent 为零第一个的节点。 f

15、or(i=j+1;i=a;+i) if(HTi.weightHTx.weight&HTi.parent=0) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 15 页 - - - - - - - - - 7 x=i; /选出最小的节点x、 for(j=1;j=a;+j) if(HTj.parent=0&x!=j)/再次找一个parent 为零的节点，且非最小节点。 y=j; break; for(i=j+1;i=a;+i) if(HTi.weighty) *p1=y; *

16、p2=x; else *p1=x; *p2=y; void hfmcoding(hfmtree &HT,hfmcode &HC,int n) /构建赫夫曼树HT，并求出 n 个字符的赫夫曼编码HC int i,start,c,f,m,w; int p1,p2; char *cd,z; if(n=1) return; m=2*n-1; HT=(hfmtree)malloc(m+1)*sizeof(htnode); for(i=1;i=n;+i) /初始化 n 个叶子结点 printf( 请输入第 %d 字符信息和权值：,i); scanf(%c%d,&z,&w); /z 和 w 之间不识别空格、

17、非空格、换行键。while(getchar()!=n) continue; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 15 页 - - - - - - - - - 8 HTi.ch=z; HTi.weight=w; HTi.parent=0; HTi.lchild=0; HTi.rchild=0; for(;i=m;+i) /初始化其余的结点 HTi.ch=0; HTi.weight=0; HTi.parent=0; HTi.lchild=0; HTi.rchild

18、=0; for(i=n+1;i=m;+i) /建立赫夫曼树 Select(HT,i-1,&p1,&p2); HTp1.parent=i;HTp2.parent=i; HTi.lchild=p1;HTi.rchild=p2; HTi.weight=HTp1.weight+HTp2.weight; HC=(hfmcode)malloc(n+1)*sizeof(char *); cd=(char *)malloc(n*sizeof(char); cdn-1=0; for(i=1;i=n;+i) /给 n 个字符编码 start=n-1; for(c=i,f=HTi.parent;f!=0;c=f,f

19、=HTf.parent) if(HTf.lchild=c) cd-start=0; /左孩子赋值为零 else cd-start=1; /右为 1 HCi=(char*)malloc(n-start)*sizeof(char); strcpy(HCi,&cdstart); 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 15 页 - - - - - - - - - 9 free(cd); int main() char code100,h100,hl100; int n,

20、i,j,k,l; ifstream input_file; /文件输入输出流ofstream output_file; char choice,str100; hfmtree HT; hfmcode HC; coutn; while(choice!=Q&choice!=q) /当 choice 的值不为q 且不为 Q 时循环 cout *赫夫曼编码 /译码器*n; cout I.Init E.Encoding D.Decoding Q.Exitn; coutchoice; if(choice=I|choice=i) /初始化赫夫曼树 coutn; hfmcoding(HT,HC,n); for

21、(i=1;i=n;+i) coutHTi.ch:HCiendl; output_file.open(hfmTree.txt); if(!output_file) coutcant oen file!endl; return 1; for(i=1;i=n;i+) output_file(HTi.chHCi); output_file.close(); cout 赫夫曼树已经创建完毕，并且已经放入hfmTree.txt 文件中 !endl; else if(choice=E|choice=e) /进行编码，并将字符放入ToBeTran.txt，码值放入CodeFile.txt 中 名师资料总结 -

22、 - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 15 页 - - - - - - - - - 10 printf( 请输入字符：); gets(str); output_file.open(ToBeTran.txt); if(!output_file) coutcant oen file!endl; return 1; output_filestrendl; output_file.close(); output_file.open(CodeFile.txt); if(!output_f

23、ile) coutcant oen file!endl; return 1; for(i=0;istrlen(str);i+) for(j=0;j=n;+j) if(HTj.ch=stri) output_fileHCj; break; output_file.close(); coutn; cout 编码完毕，并且已经存入CodeFile.txt 文件！ n; input_file.open(CodeFile.txt); /从 CodeFile.txt 中读入编码，输出在终端if(!input_file) coutcant oen file!code; cout 编码码值为： codeend

24、l; input_file.close(); else if(choice=D|choice=d) /读入 CodeFile.txt 中的编码进行译码，将译出来的字符放入 Textfile.txt 中 input_file.open(CodeFile.txt); if(!input_file) coutcant oen file!h; input_file.close(); output_file.open(Textfile.txt); if(!output_file) coutcant oen file!endl; return 1; k=0; while(hk!=0) /先用编码中的前几个

25、和字符的编码相比较，然后往后移 for(i=1;i=n;i+) l=k; for(j=0;jstrlen(HCi);j+,l+) hlj=hl; hlj=0; if(strcmp(HCi,hl)=0) output_fileHTi.ch; k=k+strlen(HCi); break; output_file.close(); input_file.open(Textfile.txt); if(!input_file) coutcant oen file!h; couthendl; input_file.close(); cout 译码结束，字符已经存入Textfile.txt 文件中！ en

26、dl; else if(choice=Q|choice=q) /退出程序 exit(0); else /如果选了选项之外的就让用户重新选择 cout 您没有输入正确的步骤，请重新输入！endl; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 15 页 - - - - - - - - - 12 coutendl; return 0; 五、结果分析1、由上图可知：通过四次的不同格式输入，了解到了此程序只识别数字和字符，其他空格和无空格以及换行都不能读入字符或者数字。名师资

27、料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 15 页 - - - - - - - - - 13 2、当选择编码功能E 时，由上图可知：若输入并为建立在哈夫曼树里面的字符，则会由于逻辑错误，出现乱码字样。紧接着，输入已定义的aego中的 aeg，则能编码，并且对照之前立的哈夫曼树的结构，可知道，编码成功。3、相应地，此时我想要选择译码功能D，通过程序结果可知道，她便能直接翻译出之前存储在codefile 里面的码字。如下图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - -

28、 - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 15 页 - - - - - - - - - 14 4、下面完成实验要求的任务，对this program is my favorite 进行编码。首先对将要输入的24 个字母（其实有重复的字母，也可不比输入）进行赋权值：之后，便可以得到对24 个字母进行的编码，如下图：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 15 页 - - - - - -

29、 - - - 15 5、最后对 this program is my favorite 进行编码，再译码，如下图：六、实验心得与体会1、在定义头文件时可多不可少，即我们可多写些头文件，肯定不会出错，但是若没有定义所引用的相关头文件，必定调试不通过；2、通过本次数据结构的课程设计，我学习了很多在上课没懂的知识，并对求哈夫曼树及哈夫曼编码/ 译码的算法有了更加深刻的了解，更巩固了课堂中学习有关于哈夫曼编码的知识，真正学会一种算法了。3、这次课程设计， 我在编辑中犯了不应有的错误，设计统计字符和合并时忘记应该怎样保存数据，对文件的操作也很生疏。在不断分析后明确并改正了错误和疏漏，我的程序有了更高的质

30、量。4、通过编程， 我学会了更加熟悉的使用cin 和 cout 输入和输出函数，并发现它比C语言的 printf和 scanf 函数的格式更为简便（但必须包含头文件） ：我还熟悉了在循环语句中 if 与 break 连用的用法： break 在 if后面，即当满足if的条件是，则跳出此循环语句，执行循环的后面语句。在函数中If与 return连用时表示，当满足if的条件时返回函数，即函数执行完毕。了解了用ifstream input_file和 ofstream output_file函数构造文件输入输出流。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 15 页 - - - - - - - - -