哈夫曼(Huffman)编/译码器
摘要
文本处理是现代化计算机应用的重要领域。文本由字符组成，字符以某种编码形式存储在计算机中。每个字符的编码可以是相等长度的，也可以是不等长度的。我们熟知的ASCII编码是等长编码。为了提高存储和处理文本的效率，在一些计算机应用场合，如数据通信，常采用不等长的编码，对常用的字符用较少的码位编码，不常出现的字符用较多的码位编码，从而减少文本的存储长度。哈夫曼编码就是用于此目的的不等长编码方法。当然，编码的对面就有译码。本课题中，首先是构造哈夫曼树。给定一组权值，以此作为叶结点的权值，可以构造多棵扩充二叉树，它们通常具有不同的加权路径长度。其中具有最小加权路径长度的扩充二叉树，用于构造高效的不等长编码。哈夫曼给出了构造具有最小加权路径长度的扩充二叉树的算法，称位哈夫曼算法。用哈夫曼算法构造的扩充二叉树称为哈夫曼编码树或哈夫曼树。当然，还有编码和译码部分。本系统的前端开发工具是Visual C++6.0。具有输入字符集大小及权值大小，构造哈夫曼树，并对用户输入的字符串进行编码以及译码还有退出四种功能。本程序经过测试后，功能均能实现，运行稳定。
关键词：哈夫曼树，编码，译码，权值
目录
摘要 (1)
目录 (2)
1需求分析 (1)
1.1课题来源........................ 错误！未定义书签。
1.2问题描述........................ 错误！未定义书签。
1.3课程设计的任务及要求............ 错误！未定义书签。
1.4课程设计的思想 ................. 错误！未定义书签。
1.5软件运行环境及开发工具 (2)
2概要设计 (3)
2.1数据结构的选用 (3)
2.2数据结构的选用 (3)
2.3哈夫曼编码及译码 (3)
2.4流程图 (4)
3详细设计 (5)
3.1开始部分 (5)
3.2结点的定义 (5)
3.3哈夫曼编码及译码 (7)
3.4打印编码、译码、赫夫曼树 (9)
3.5主函数 (11)
4调试与操作说明 (13)
参考文献 (15)
心得体会 (16)
教师评语 (17)
1需求分析
1.1 课题来源
哈夫曼在上世纪五十年代初就提出这种编码时，根据字符出现的概率来构造平均长度最短的编码。它是一种变长的编码。哈夫曼编码应用广泛，如JPEG中就应用了哈夫曼编码。在编码中，若各码字长度严格按照码字所对应符号出现概率的大小的逆序排列，则编码的平均长度是最小的。构造好哈夫曼树后，就可根据哈夫曼树进行编码。然而怎样构造一棵哈夫曼树呢？最具有一般规律的构造方法就是哈夫曼算法。字符根据其出现的概率作为权值构造一棵哈夫曼树后，经哈夫曼编码得到的对应的码值。只要使用同一棵哈夫曼树，就可把编码还原成原来那组字符。显然哈夫曼编码是前缀编码，即任一个字符的编码都不是另一个字符的编码的前缀，否则，编码就不能进行翻译。
1.2 问题描述
利用哈夫曼算法的编码和译码功能，重复地显示并处理以下项目，即构造哈夫曼树，编码及译码几项功能，直到选择退出为止。本次设计就是为这样的一个哈夫曼的编/译码器。
1.3 课程设计的任务及要求
一、在本程序中，用户通过键盘进行人机交互，可以在键盘上输入字符集大小，字符可以出现重码，字符输入顺序不受限制。
二、演示程序以用户与计算机的对话方式执行，即在计算机终端上显示“提示信息”之后，由用户在键盘上输入演示程序中规定的运算命令，相应的输入数据（可虑去输入中的非法字符）和运算结果显示在其后。
三、本演示程序中，当用户选择的功能错误时，系统会输出相应的提示。
四、在本程序中，用户对给定的原字符串进行编码，对给定的编码串进行译码。
五、程序执行的命令包括：
1) 初始化赫夫曼树2) 编码3）译码4) 打印编码5）打印赫夫曼树 6）打印译码
六、测试数据：由用户自行输入字符及相应的权值进行测试
1.4 课程设计的思想
哈夫曼编码所以能产生较短的码文，是因为哈夫曼树具有最小加权路径长度的二叉树。如果叶结点的权值恰好是某个需编码的文本中各字符出现的次数，则编码后文本的长度就是该哈夫曼树的加权路径长度。译码过程为自做向右逐一扫描码文，并从哈夫曼树的根开始，将扫到的二进制位串中的相邻位与哈夫曼树上
标的0，1相匹配，以确定一条从根到叶子结点的路径，一旦到达叶子，则译出了一个字符。再回到树根，从二进位串的下一位开始继续译码。
1.5 软件运行环境及开发工具
Visual C++6.0技术
2概要设计
2.1 数据结构的选用
哈夫曼编码所以能产生较短的码文，是因为哈夫曼树具有最小加权路径长度的二叉树。如果叶结点的权值恰好是某个需编码的文本中各字符出现的次数，则编码后文本的长度就是该哈夫曼树的加权路径长度。译码过程为自做向右逐一扫描码文，并从哈夫曼树的根开始，将扫到的二进制位串中的相邻位与哈夫曼树上标的0，1相匹配，以确定一条从根到叶子结点的路径，一旦到达叶子，则译出了一个字符。再回到树根，从二进位串的下一位开始继续译码
2.2构造哈夫曼树
在本课程设计中使用函数Huffman（）。构造哈夫曼树算法：（1）用给定的一组权值{W1,W2,…,Wn},生成一个有n棵树组成的森林F={T1,T2,…Tn},其中每棵二叉树Ti只有一个结点，即权值为 Wi的根结点（也是叶子结点）；（2）从F 中选择两棵根结点权值最小的树，作为新树根的左右子树，新树根的权值是左右子树根结点的权值之和；（3）从F中删除这两棵树，另将新二叉树加入F中；（4）重复（2）和（3），直到F中只包含一棵树为止。
2.3哈夫曼编码及译码
本次程序设计的是哈夫曼编码及译码。由建立好的哈夫曼树来进行编码，构造一个void Encoding()函数用来存储编码字符及各字符的编码，从根结点开始，左走一步为‘0’，右走一步为‘1’，并将编码结果存入文件中，译码过程为从文件中逐一扫描码文，并从哈夫曼树的根开始，将扫到的二进制位串中的相邻位与哈夫曼树上标的0，1相匹配，以确定一条从根到叶子结点的路径，一旦到达叶子，则译出了一个字符。再回到树根从二进位串的下一位开始继续译码。使用void Decoding()函数即可完成。3.多项式基本操作部分
2.4 流程图
哈夫曼(Huffman)编/译码器如图2-4所示
图2-4 哈夫曼(Huffman)编/译码器
五 打印哈夫曼树
进行相应的操作
输出结果
结束
一 初始化哈夫曼链表
四打印编码
三对编码串译码
二 对字符串编码
开始
进行相应的操作
六 打印译码
3详细设计
3.1开始部分
在程序中要用到输入、输出、函数调用等功能语句，所以需添加如下头文件#include
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
3.2 结点的定义
huffman树存储结构，其中包含权值，左子树，右子树和父结点及存储的字符。
typedef struct
{
int weight,K; //权值
int parent,lchild,rchild; //双亲左右孩子
}HTNode,* HuffmanTree; //动态分配数组存储赫夫曼树
初始化哈夫曼链表
void Initialization()
{ int a,k,flag,len;
a=0;
len=InputCode();
for(i=0;i {k=0;flag=1; cou[i-a].data=str[i]; cou[i-a].count=wa[i]; while(i>k) { if(str[i]==str[k]) { a++; flag=0; } k++; if(flag==0) break; } if(flag) { for(j=i+1;j {if(str[i]==str[j]) ++cou[i-a].count;} } } n=len-a; for(i=0;i { printf("%c",cou[i].data); printf(" "); printf("%d\n",cou[i].count); } for(i=0;i<=n;i++) { *(z+i)=cou[i].data; *(w+i)=cou[i].count; } HuffmanCoding(HT,HC,w,8); //------------------------打印编码 ------------------------------------------- printf("字符对应的编码为\n:"); for(i=1;i<=n;i++) { puts(HC[i]); } //-------------------------将哈夫曼编码写入文件 ------------------------ printf("下面将哈夫曼编码写入文件\n"); FILE *htmTree; char r[]={' ','\0'}; if((htmTree=fopen("htmTree.txt","w"))==NULL) { printf("can not open file\n"); return; } fputs(z,htmTree); for(i=0;i { fprintf(htmTree,"%6d",*(w+i)); fputs(r,htmTree); } for(i=1;i<=n;i++) { fputs(HC[i],htmTree); fputs(r,htmTree); } fclose(htmTree); printf("已将字符与对应编码写入根目录下文件htmTree.txt中\n"); } 3.3 哈夫曼编码及译码 由建立好的哈夫曼树来进行编码，构造一个void Encoding()函数用来存储编码字符及各字符的编码，从根结点开始，左走一步为‘0’，右走一步为‘1’，并将编码结果存入文件中，译码过程为从文件中逐一扫描码文，并从哈夫曼树的根开始，将扫到的二进制位串中的相邻位与哈夫曼树上标的0，1相匹配，以确定一条从根到叶子结点的路径，一旦到达叶子，则译出了一个字符。再回到树根从二进位串的下一位开始继续译码，使用void Decoding()函数即可完成。 //哈夫曼编码 void Encoding() { printf("下面对目录下文件tobetran.txt中的字符进行编码\n"); FILE *tobetran,*codefile; if((tobetran=fopen("tobetran.txt","rb"))==NULL) { printf("不能打开文件\n"); } if((codefile=fopen("codefile.txt","wb"))==NULL) { printf("不能打开文件\n"); } char *tran; i=99; tran=(char*)malloc(100*sizeof(char)); while(i==99) { if(fgets(tran,100,tobetran)==NULL) { printf("不能打开文件\n"); break; } for(i=0;*(tran+i)!='\0';i++) { for(j=0;j<=n;j++) { if(*(z+j-1)==*(tran+i)) { fputs(HC[j],codefile); if(j>n) { printf("字符错误，无法编码!\n"); break; } } } } } printf("编码工作完成,编码写入目录下的codefile.txt中\n"); fclose(tobetran); fclose(codefile); free(tran); } //哈夫曼译码 void Decoding() { printf("下面对根目录下文件codefile.txt中的字符进行译码\n"); FILE *codef,*txtfile; if((txtfile=fopen("txtfile.txt","w"))==NULL) { printf("不能打开文件\n"); } if ((codef=fopen("codefile.txt","r"))==NULL) { printf("不能打开文件\n"); } char *work,*work2,i2; int i4=0,i,i3; unsigned long length=10000; work=(char*)malloc(length*sizeof(char)); fgets(work,length,codef); work2=(char*)malloc(length*sizeof(char)); i3=2*n-1; for(i=0;*(work+i-1)!='\0';i++) { i2=*(work+i); if(HT[i3].lchild==0) { *(work2+i4)=*(z+i3-1); i4++; i3=2*n-1; i--; } else if(i2=='0') i3=HT[i3].lchild; else if(i2=='1') i3=HT[i3].rchild; } *(work2+i4)='\0'; fputs(work2,txtfile); printf("译码完成\n"); printf("内容写入根目录下的文件txtfile.txt中\n"); free(work); free(work2); fclose(txtfile); fclose(codef); } 3.4打印编码、译码、赫夫曼树 //打印编码的函数 void Code_printing() { printf("下面打印根目录下文件CodePrin.txt中编码字符"); FILE * CodePrin,* codefile; if((CodePrin=fopen("CodePrin.txt","w"))==NULL) { printf("不能打开文件\n"); return; } if((codefile=fopen("codefile.txt","r"))==NULL) { printf("不能打开文件\n"); return; } char *work3; work3=(char*)malloc(51*sizeof(char)); do { if(fgets(work3,51,codefile)==NULL) { printf("不能读取文件\n"); break; } fputs(work3,CodePrin); puts(work3); }while(strlen(work3)==50); free(work3); printf("打印工作结束\n"); fclose(CodePrin); fclose(codefile); } // 打印译码函数 void Code_printing1() { printf("下面打印根目录下文件txtfile.txt中译码字符"); FILE * CodePrin1,* txtfile; if((CodePrin1=fopen("CodePrin1.txt","w"))==NULL) { printf("不能打开文件\n"); return; } if((txtfile=fopen("txtfile.txt","r"))==NULL) { printf("不能打开文件\n"); return; } char *work5; work5=(char*)malloc(51*sizeof(char)); do { if(fgets(work5,51,txtfile)==NULL) { printf("不能读取文件\n"); break; } fputs(work5,CodePrin1); puts(work5); }while(strlen(work5)==50); free(work5); printf("打印工作结束\n"); fclose(CodePrin1); fclose(txtfile); } // 打印哈夫曼树的函数 void coprint(HuffmanTree start,HuffmanTree HT) { if(start!=HT) { FILE * TreePrint; if((TreePrint=fopen("TreePrint.txt","a"))==NULL) {printf("创建文件失败\n"); return; } numb++; coprint(HT+start->rchild,HT); printf("%d",setw(5*numb)); printf("%d",start->weight); fprintf(TreePrint,"%d\n",start->weight); coprint(HT+start->lchild,HT); numb--; fclose(TreePrint); } } void Tree_printing(HuffmanTree HT,int w) { HuffmanTree p; p=HT+w; printf("下面打印哈夫曼树\n"); coprint(p,HT); printf("打印工作结束\n"); } 3.5 主函数 // 主函数 void main() { char choice=' '; printf("******************************\n"); printf("欢迎使用哈夫曼编码解码系统\n"); printf("******************************\n"); printf("(1)要初始化哈夫曼链表请输入'i'\n"); printf("(2)编码请输入'e'\n"); printf("(3)译码请输入'd'\n"); printf("(4)打印编码请输入'p'\n"); printf("(5)打印哈夫曼树请输入't'\n"); printf("(6)打印译码请输入'y'\n"); if(flag==0) printf("请先初始化哈夫曼链表,输入'i'\n"); while(choice!='q'){ printf("请输入下一个命令："); scanf("%c",&choice);getchar(); switch(choice) { case'i': Initialization();getchar(); break; case'e': Encoding();getchar(); break; case'd': Decoding();getchar(); break; case'p': Code_printing();getchar(); break; case't': Tree_printing(HT,2*n-1);getchar(); break; case'y': Code_printing1();getchar(); break; default: printf("input error\n"); break; } } free(z); free(w); free(HT); } 4调试与操作说明 运行结果如图4-1所示： 图4-1 主界面执行第一条指令如图4-2所示： 图4-2 初始化赫夫曼链表界面 编码如图4-3所示： 图4-3 编码界面 译码如图4-4所示： 图4-4 译码界面 打印编码如图4-5所示： 图4-5 打印编码界面打印译码如图4-6所示： 图4-6 打印译码界面 参考文献 [1] 苏仕华：《数据结构课程设计》，北京：机械工业出版社，2005年版。 [2] 陈慧南：《数据结构—C++语言描述》，北京：人民邮电出版社，2005年版。 [3] 严蔚敏，吴伟民：《数据结构》，北京：清华大学出版社，1997年版。 [4] 王成端, 徐翠霞：《数据结构上机实验与习题解析》北京：中国电力出版社，2006年版。 [5] Adam Drozdek：《数据结构与算法》，北京：清华大学出版社，2006年版。 [6] 李春葆，金晶：《数据结构教程》，北京：清华大学出版社，2006年版。 心得体会 这次的课程设计让我感受颇多，拿到课题时的开始，发现根本不知道该从什么地方下手，接着我便把书上有关哈夫曼树的章节，认真的读了几遍，也更深入的了解到温故而知新的道理。在书上，只看到一些关于哈夫曼树的编码，译码很少，所以在原有的基础上又增设了一样困难。我曾试图利用网络资源去找找，可是由于资源的多而杂，最终是没成功的。这也让我了解到还是靠自己去学习的重要性。在查又关哈夫曼方面的知识以后，开始对哈夫曼又有了一定的了解，不仅是哈夫曼树的性质，或者说如何用它编码，怎样构造一棵哈夫曼树，因为这也是我们学习的时候需要掌握的，所以在新的认识上，对学好数据结构这门课也越来越有信心了。 在进行编程阶段的时候，着实发现了不少问题，虽然自己在做练习时，遇到构造哈夫曼树的题目时，都差不多能做出来的，可将它转换为让机器能识别的语言时，又有了一层麻烦，怎样把二叉树弄成带权路径长度最小的二叉树，在后来，结合书本和同学们的帮助下，找到了问题的突破口，也进一步认识了有关构造哈夫曼树的有关方法。虽然设计的过程可能是比较辛苦的，尤其是我这种没有学到很好的学生，但是当我本设计的功能一一实现时候心里又有种说不出来的感觉。毕竟我从这次的课程设计中学到了很多知识。例如哈夫曼的编码的算法，以及怎样对输入的编码串进行译码。还有，做此次课程设计，还让我复习了其它语言的相关知识，因为在进行编制程序的时候，感觉到有些东西需要用的，就把它拿过来了。这次的课程设计不仅考查了我们理论知识，更主要的是考查了我们的动手实践的能力，考查了我们用C++，数据结构编程的能力。从这次的课程设计中，我看到了自己的不足，首先就是数据结构的知识掌握的还不是很到位，才出现那么多漏洞；其次，就是我个人的编程能力还是又很多不足的，在此次课程设计中，让我知道了理论在于实践，只有勤于编程，你才会更好的编出好的程序来。所以在以后的学习中我觉得又必要好好训练自己这方面的能力，为以后的设计打下良好的基础。这次的课程设计教会了好多东西，同时也为学好后面的知识奠定了基础。 此次的课程设计，我又学到了很多知识。因此我们首先要感谢老师，是他们为我们提供了实践的机会，我们才有这样一个学习知识的机会。在本次课程设计过程中，热心的帮助我们，找出程序中的不足，还可以改进的地方。其次，这次课程设计的过程中，我查阅了大量的书籍资料，并且我自己的技术和能力有了很大的提高。感谢我们校图书馆的各位管理工作人员，为我们造就了好的学习环境。感谢我可爱的同学们，不辞辛苦的为我解释我所不懂的问题，也让我进一步知道了互相帮助的强大力量。设计工作还是比较顺利，但也遇到了不少问题，在同学和老师那儿得到一些有益的帮助，更重要的是指导老师也不辞辛苦，总能及时的对我进行指导，正是由于他们的无私的帮助和指导，我才能比较顺利的完成这次课程设计任务。在此，我表示衷心的感谢。 教师评语 数据结构课程设计设计题目：哈夫曼树编码译码 目录 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）设计包含的几个方面 (4) 第四章详细设计 (4) （1）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 (8) （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： (12) 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—即最优二叉树，带权路径长度最小的二叉树，经常应用于数据压缩。哈弗曼编码使用一张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。这张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“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。 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∑WiLi。若将此对应到二叉树上，Wi为叶结点的权，Li为根结点到叶结点的路径长度。那么，∑WiLi 恰好为二叉树上带权路径长度。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。 哈夫曼编码译码器 哈夫曼编码译码器 学院班级: 信息工程学院软件1501 指导教师: 朱俊武 小组成员: 刘洋蒋佳烨冀若含 本人学号: 151303107 报告书写: 冀若含 学生成绩: 目录 一、总体介绍·····························03-04 二、详细设计·····························04-11 三、运行测试·····························11-12 四、课设总结·····························13-13 五、附录代码·····························13-19 一、总体介绍 1.1任务概述 我们小组做了两个版本，其中一个为文件操作版，另一个为键盘操作版。两个版本都实现了哈夫曼编码/译码操做。我主要负责的是构造哈夫曼树，给出各个字符的哈夫曼编码，加密操做，整个键盘操作版系统的代码重组、编辑。开发的过程中使用了Codelite、Dev、Vc等软件。参考书籍为《数据结构》（c语言版）。 其中文件操作版的具体实现为： ○1能够实现对26个小写字母外加空格进行哈夫曼编码，并能够对一整篇文章（有小写字母和空格组成）进行加密，生成密码文件。最后根据生成的密码翻译出原文并存档。 ○2在使用程序时，使用者只需要对ToBetran文件进行原文的输入（使用小写字母或空格），加密和解密功能由程序自主来完成。 ○3程序运行的过程中会输出进行编码的26个小写字母和空格（字符型），并输出其对应的权值（整型）。还输出字符的编码及生成的密文。最后输出解密后的原文。 键盘操作版为： ○1要求从键盘输入字符集和字符的权值，大部分字符均可输入，需要各个字符的权值不能相同。 ○2利用输入的权值建立哈夫曼树，得到每个字符的前缀编码。 ○3输入字符串，程序对其进行加密。 ○4输入密文（1010101……………..）对密文进行解密。 《数据结构》课程设计报告 设计题目 专业 班级 姓名 学号 完成日期 目录 1. 问题描述……………………………………………第 2页 2. 系统设计……………………………………………第 2页 3. 数据结构与算法描述………………………………第 5页 4. 测试结果与分析……………………………………第 6页 5. 总结 (10) 6. 参考文献 (10) 附录程序源代码 (11) 课程设计题目 1. 问题描述 利用哈夫曼编码进行信息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）。试为这样的信息传输写一个哈夫曼编/译码系统。 2. 系统设计 2.1 设计目标 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。输出哈夫曼树，及各字符对应的编码。 2）W：输入（Input）。从终端读入需要编码的字符串s，将字符串s 存入文件Tobetran.txt中。 3）E：编码（Encoding）与译码（Decoding）。 编码（Encoding）。利用已建好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件htmTree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。 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。 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写入文件CodePrint中。 4）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）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。 数据结构课程设计评阅书 2011—2012学年第一学期 专业：信息管理与信息系统学号： 1021024016 姓名：万永馨 课程设计名称：数据结构课程设计 设计题目：哈夫曼编码与译码的实现 完成期限：自 2012 年 2 月 20 日至 2012 年 3 月 2 日共 2 周 设计依据、要求及主要内容（可另加附页）： 该设计题目将按以下要求完成： 哈夫曼编码与译码是信息传输中应用的经典算法，运用C或VC++结合数据结构等基础知识，按 以下要求编程实现各种进制的转换。 任务要求：1）阐述设计思想,画出流程图;2）需要对哈夫曼编码/译码的相关原理有所了解，设计数 据结构，建立必要的信息数据文件（最好存储成外部文件），并分析完成用户所需的基本操作功能；3）实现给定信息的编码和译码功能；4）应有较好的界面设计，说明程序测试方法；5）按照格式要 求完成课程设计说明书。 设计要求: 1）问题分析和任务定义：根据设计题目的要求，充分地分析和理解问题，明确问题要求做什么？（而不是怎么做？）限制条件是什么？确定问题的输入数据集合。 2）逻辑设计：对问题描述中涉及的操作对象定义相应的数据类型，并按照以数据结构为中心的 原则划分模块，定义主程序模块和各抽象数据类型。逻辑设计的结果应写出每个抽象数据类型的定 义（包括数据结构的描述和每个基本操作的功能说明），各个主要模块的算法，并画出模块之间的调 用关系图； 3）详细设计：定义相应的存储结构并写出各函数的伪码算法。在这个过程中，要综合考虑系统 功能，使得系统结构清晰、合理、简单和易于调试，抽象数据类型的实现尽可能做到数据封装，基 本操作的规格说明尽可能明确具体。详细设计的结果是对数据结构和基本操作做出进一步的求精， 写出数据存储结构的类型定义，写出函数形式的算法框架； 4）程序编码：把详细设计的结果进一步求精为程序设计语言程序。同时加入一些注解和断言， 使程序中逻辑概念清楚； 5）程序调试与测试：能够熟练掌握调试工具的各种功能，设计测试数据确保程序正确。调试正 确后，认真整理源程序及其注释，形成格式和风格良好的源程序清单和结果； 6）结果分析：程序运行结果包括正确的输入及其输出结果和含有错误的输入及其输出结果。算 法的时间、空间复杂性分析； 7）编写课程设计报告； 以上要求前三个阶段的任务完成后，将设计说明书的草稿交指导老师面审，审查合格方可进入 后续阶段的工作。设计工作结束，经指导老师验收合格后将设计说明书装订，并答辩。 目录 目录 (2) 1课程设计的目的和意义 (3) 2需求分析 (4) 3概要设计 (4) 4详细设计 (8) ￥ 5调试分析和测试结果 (11) 6总结 (12) 7致谢 (13) 8附录 (13) 参考文献 (20) . | ; 1 课程设计目的与意义 在当今信息爆炸时代，如何采用有效的数据压缩技术来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“1”码，取每条路径上的“0”或“1”的序列作为和各个对应的字符的编码，这就是哈夫曼编码。 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，总希望总长度尽可能最短，即采用最短码。 作为计算机专业的学生，我们应该很好的掌握这门技术。在课堂上，我们能过学到许多的理论知识，但我们很少有过自己动手实践的机会！课程设计就是为解决这个问题提供了一个平台。 （ 在课程设计过程中，我们每个人选择一个课题，认真研究，根据课堂讲授内容，借助书本，自己动手实践。这样不但有助于我们消化课堂所讲解的内容，还可以增强我们的独立思考能力和动手能力；通过编写实验代码和调试运行，我们 可以逐步积累调试C程序的经验并逐渐培养我们的编程能力、用计算机解决实际问题的能力。 在课程设计过程中，我们不但有自己的独立思考，还借助各种参考文献来帮助我们完成系统。更为重要的是，我们同学之间加强了交流，在对问题的认识方面可以交换不同的意见。同时，师生之间的互动也随之改善，我们可以通过具体的实例来从老师那学到更多的实用的知识。 数据结构课程具有比较强的理论性，同时也具有较强的可应用性和实践性。课程设计是一个重要的教学环节。我们在一般情况下都能够重视实验环节，但是容易忽略实验的总结，忽略实验报告的撰写。通过这次实验让我们明白：作为一名大学生必须严格训练分析总结能力、书面表达能力。需要逐步培养书写科学实验报告以及科技论文的能力。只有这样，我们的综合素质才会有好的提高。 2 需求分析 课题：哈夫曼编码译码器 ) 问题描述：打开一篇英文文章，统计该文章中每个字符出现的次数，然后以它们作为权值，对每一个字符进行编码，编码完成后再对其编码进行译码。问题补充：1. 从硬盘的一个文件里读出一段英语文章； 2. 统计这篇文章中的每个字符出现的次数； 3. 以字符出现字数作为权值，构建哈夫曼树，并将哈夫曼树的存储 结构的初态和终态进行输出； 4. 对每个字符进行编码并将所编码写入文件然后对所编码进行破 译。 具体介绍：在本课题中，我们在硬盘中预先建立一个文档，在里面编辑一篇文章。然后运行程序，调用函数读出该文章，显示在界面；再调用函数对该文章的字符种类进行统计，并对每个字符的出现次数进行统计，并且在界面上显示；然后以每个字符出现次数作为权值，调用函数构建哈夫曼树；并调用函数将哈夫曼的存储结构的初态和终态进行输出。然后调用函数对哈夫曼树进行编码，调用函数将编码写入文件；再调用对编码进行译码，再输出至界面。至此，整个工作就完成了 3 概要设计。 #include"stdafx.h" #include"stdio.h" #include"conio.h" #include 哈夫曼编码译码器实验报告(免费) ————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期： 问题解析与解题方法 问题分析： 设计一个哈夫曼编码、译码系统。对一个ASCII编码的文本文件中的字符进行哈夫曼编码，生成编码文件；反过来，可将编码文件译码还原为一个文本文件。 （1）从文件中读入任意一篇英文短文（文件为ASCII编码，扩展名为txt）； （2）统计并输出不同字符在文章中出现的频率（空格、换行、标点等也按字符处理）；（3）根据字符频率构造哈夫曼树，并给出每个字符的哈夫曼编码； （4）将文本文件利用哈夫曼树进行编码，存储成压缩文件（编码文件后缀名.huf）（5）用哈夫曼编码来存储文件，并和输入文本文件大小进行比较，计算文件压缩率；（6）进行译码，将huf文件译码为ASCII编码的txt文件，与原txt文件进行比较。 根据上述过程可以知道该编码译码器的关键在于字符统计和哈夫曼树的创建以及解码。 哈夫曼树的理论创建过程如下： 一、构成初始集合 对给定的n个权值{W1,W2,W3,...,Wi,...,Wn}构成n棵二叉树的初始集合 F={T1,T2,T3,...,Ti,...,Tn}，其中每棵二叉树Ti中只有一个权值为Wi的根结 点，它的左右子树均为空。 二、选取左右子树 在F中选取两棵根结点权值最小的树作为新构造的二叉树的左右子树，新二 叉树的根结点的权值为其左右子树的根结点的权值之和。 三、删除左右子树 从F中删除这两棵树，并把这棵新的二叉树同样以升序排列加入到集合F中。 四、重复二和三两步， 重复二和三两步，直到集合F中只有一棵二叉树为止。 因此，有如下分析： 1.我们需要一个功能函数对ASCII码的初始化并需要一个数组来保存它们； 2.定义代表森林的数组，在创建哈夫曼树的过程当中保存被选中的字符，即给定报文 中出现的字符,模拟哈夫曼树选取和删除左右子树的过程； 3.自底而上地创建哈夫曼树，保存根的地址和每个叶节点的地址，即字符的地址，然 后自底而上检索，首尾对换调整为哈夫曼树实现哈弗曼编码； 4.从哈弗曼编码文件当中读入字符，根据当前字符为0或者1的状况访问左子树或者 右孩子，实现解码； 5.使用文件读写操作哈夫曼编码和解码结果的写入； 解题方法： 结构体、数组、类的定义： 1.定义结构体类型的signode 作为哈夫曼树的节点，定义结构体类型的hufnode 作为 《数据结构》课程设计 设计题目：哈弗曼编/译码器 专业：网络工程 班级：24070901 学号：2407090133 姓名：王璇 目录 1. 问题描述……………………………………………第 2页 2. 系统设计……………………………………………第 2页 3. 数据结构与算法描述………………………………第 5页 4. 测试结果与分析……………………………………第 6页 5. 总结 (10) 6. 参考文献 (10) 附录程序源代码 (11) 课程设计题目 1. 问题描述 利用哈夫曼编码进行信息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）。试为这样的信息传输写一个哈夫曼编/译码系统。 2. 系统设计 2.1 设计目标 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。输出哈夫曼树，及各字符对应的编码。 2）W：输入（Input）。从终端读入需要编码的字符串s，将字符串s存入文件Tobetran.txt中。 3）E：编码（Encoding）与译码（Decoding）。 编码（Encoding）。利用已建好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件htmTree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。 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。 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写入文件CodePrint中。 4）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）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。 5）Q：退出程序。返回WINDOWS界面。 2.2 设计思想 哈夫曼编码(Huffman Coding)是一种编码方式，以哈夫曼树─即最优二叉树，带权路径长度最小的二叉树，经常应用于数据压缩。是指使用一张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。这种方法是由David.A.Huffman发展起来的。例如，在英文中，e 的出现概率很高，而z的出现概率则最低。当利用哈夫曼编码对一篇英文进行压缩时，e极有可能用一个位(bit)来表示，而z则可能花去25个位（不是26）。用普通的表示方法时，每个英文字母均占用一个字节（byte），即8个位。二者相比，e使用了一般编码的1/8的长度，z 则使用了3倍多。倘若我们能实现对于英文中各个字母出现概率的较准确的估算，就可以大幅 沈阳航空航天大学 课程设计报告 课程设计名称：数据结构课程设计 课程设计题目：实现哈夫曼编码和译码器 院（系）：计算机学院 专业：计算机科学与技术 班级：24010102 学号：2012040101082 姓名：尹伟和 指导教师：徐蕾 此页为任务书 目录 1.题目分析 (1) 1.1.题目重述 (1) 1.1.1.系统功能需求分析 (1) 2.程序设计 (2) 2.1.系统功能模块说明 (2) 2.1.1.系统功能模块结构 (2) 2.1.2.系统模块功能说明 (3) 2.2.数据结构说明 (3) 2.2.1.结构体定义说明 (3) 2.2.2.哈夫曼树 (4) 2.2.3.字符-哈夫曼编码对照表 (4) 2.3.函数说明 (4) 3.算法描述 (6) 3.1.哈夫曼树的构建 (6) 3.2.字符-哈夫曼编码对照表 (6) 3.3.编码 (6) 3.4.译码 (7) 4.程序测试 (9) 4.1.字符集输入 (9) 4.2.编码测试 (10) 4.3.译码测试 (11) 参考文献 (13) 附录（程序清单） (14) 沈阳航空航天大学课程设计报告 1.题目分析 1.1.题目重述 本次课程设计的目标是实现一个哈夫曼编码和译码器。该哈夫曼编码和译码器需要根据用户输入的字符集及相应字符出现的频率，对字符集所包含的字符进行哈夫曼编码。同时，作为编码器需要其对用户提供的明文字符串进行编码，使明文字符串变为二进制密文；作为译码器需要对用户提供的二进制密文进行译码，使二进制密文变为字符明文。 1.1.1.系统功能需求分析 通过对课程设计的题目分析，可以得出哈夫曼编码和译码器的功能需求，需求如下： 1)读取用户输入的字符集和相应字符出现的频率； 2)根据用户输入构建哈夫曼树； 3)根据哈夫曼树构建字符-哈夫曼编码对照表； 4)根据字符-哈夫曼编码对照表对明文字符串进行编码； 5)根据哈夫曼树对二进制密文进行译码。 题目一：哈夫曼编码与译码 一、任务 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。 要求： 1) 将权值数据存放在数据文件(文件名为data.txt，位于执行程序的当前目录中) ； 2) 初始化：键盘输入字符集统计字符权值、自定义26个字符和26个权值、统计文件中一篇英文文章中26个字母，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； 4) 输出编码（首先实现屏幕输出，然后实现文件输出）； 5）译码（键盘接收编码进行译码、文件读入编码进行译码）； 6) 界面优化设计。 二、流程图 主菜单 1.建立字符权值 2.建立并输出 哈夫曼树 3.建立并查看 哈弗曼编码 4.编码与译码0.退出系统 1.从键盘输入字符集统计 2.从文件读入字 符集统计权值 3.自定义字符及 权值 0.返回上级菜单输出哈夫曼树并保存 至文件“哈夫曼树。t xt” 输出哈夫曼编码并保存至文 件“哈夫曼编码。txt 1.编码 2.译码0.返回上级 菜单 1.从键盘输入字 符集进行编码 2.从文件读入字 符集进行编码 1.从键盘输入编 码进行译码 2.从文件读入编 码进行译码 0.返回上级菜单0.返回上级菜单 三、代码分解 //头文件 #include 数据结构 课程设计 题目名称：huffman编码与解码实现文件的压缩与解压专业年级： 组长： 小组成员： 指导教师： 二〇一二年十二月二十六日 目录 一、目标任务与问题分析 (2) 1.1目标任务 (2) 1.2问题分析 (2) 二、算法分析 (2) 2.1构造huffman树 (2) 2.1.1 字符的统计 (2) 2.1.2 huffman树节点的设计 (2) 2.2构造huffman编码 (3) 2.2.1 huffman编码的设计 (3) 2.3 压缩文件与解压文件的实现 (3) 三、执行效果 (4) 3.1界面 (4) 3.2每个字符的编码 (4) 3.3操作部分 (5) 3.4文件效果 (6) 四、源程序 (7) 五、参考文献 (16) huffman编码与解码实现文件的压缩与解压 一、目标任务与问题分析 1.1目标任务 采用huffman编码思想实现文件的压缩和解压功能，可以将任意文件压缩，压缩后也可以解压出来。这样即节约了存储空间，也不会破坏文件的完整性。 1.2问题分析 本问题首先应该是利用哈夫曼思想，对需要压缩的文件中的个字符进行频率统计，为了能对任意的文件进行处理，应该所有的文件以二进制的方式进行处理，即对文件（不管包含的是字母还是汉字）采取一个个的字节处理，然后根据统计的频率结果构造哈夫曼树，然后对每个字符进行哈夫曼编码，然后逐一对被压缩的文件的每个字符构建的新的哈夫曼编码存入新的文件中即得到的压缩文件。解压过程则利用相应的哈夫曼树及压缩文件中的二进制码将编码序列译码，对文件进行解压，得到解压文件。 二、算法分析 2.1构造huffman树 要利用哈夫曼编码对文本文件进行压缩，首先必须知道期字符相应的哈夫曼编码。为了得到文件中字符的频率，一般的做法是扫描整个文本进行统计，编写程序统计文件中各个字符出现的频率。由于一个字符的范围在[0-255]之间，即共256个状态，所以可以直接用256个哈夫曼树节点即数组（后面有节点的定义）空间来存储整个文件的信息，节点中包括对应字符信息，其中包括频率。 2.1.1 字符的统计 用结构体huffchar来存放文件字符的信息。其中有文件中不同字符出现的种类Count、字符data。 struct huffchar{ //存放读入字符的类； int Count;//字符出现的个数； char data;//字符； }; 函数实现： bool char_judge(char c)//判断字符出现的函数； void char_add(char c)//添加新出现的字符； void read_file_count() //文件的读取 2.1.2 huffman树节点的设计 用结构体huff_tree来存储结点信息，其中有成员频率weight、父亲节点parent、左儿子节点lchild、右儿子节点rchild。 一、需求分析 目前，进行快速远距离通信的主要手段是电报，即将需传送的文字转化成由二级制的字符组成的字符串。例如，假设需传送的电文为“ABACCDA ”，它只有4种字符，只需两个字符的串，便可以分辨。假设A 、B 、C 、D 、的编码分别为00,01,10和11，则上述7个字符的电文便为“00010010101100”，总长14位，对方接受时，可按二位一分进行译码。 当然，在传送电文时，希望总长尽可能地短。如果对每个字符设计长度不等的编码，且让电文中出现次数较多的字符采用尽可能短的编码，则传送电文的总长便可减少。如果设计A 、B 、C 、D 的编码分别为0,00,1,01，则上述7个字符的电文可转换成总长为9的字符串“000011010”。但是，这样的电文无法翻译，例如传送过去的字符串中前4个字符的字串“0000”就可以有很多种译法，或是“AAAA ”或者“BB ”，或者“ABA ”等。因此，若要设计长短不等的编码，则必须是任一字符的编码都不是另一个字符的编码的前缀，这种编码称作前缀编码。 然而，如何进行前缀编码就是利用哈夫曼树来做，也就有了现在的哈夫曼编码和译码。 二、概要设计 利用哈夫曼树编/译码 （一）、建立哈夫曼树 （二）、对哈夫曼树进行编码 （三）、输出对应字符的编码 （四）、译码过程 主要代码实现： struct code //结构体的定义 { char a; int w; int parent; int lchild; int rchild; }; void creation(code *p,int n,int m); //建立哈夫曼树 void coding(code *p,int n); //编码 void display(code *p,int n,int m); //输出函数 void translate(char **hc,code *p,int n); //译码 三、 详细设计 （一）、建立哈夫曼树 a b c d 1 2 3 4 5 * * * 6 7 a b * c * a b * c * d * 序号： 字符： 权值： 1 2 3 4 3 6 10 a b * 1 2 1 2 3 3 1 2 3 3 6 4 10 3 6 图3-1 图3-2 图3-3 XXX学院本科 数据结构课程设计总结报告 设计题目：实验一、哈夫曼编/译码器 学生姓名：XXX 系别：XXX 专业：XXX 班级：XXX 学号：XXX 指导教师：XXX XXX 2012年6 月21日 xxx学院 课程设计任务书 题目一、赫夫曼编译码器 专业、班级xxx 学号xxx 姓名xxx 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 1. 主要内容 利用哈夫曼编码进行信息通信可大大提高信道利用率，缩短信息传输时间，降低传输成本。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（既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写一个哈夫曼的编/译码系统。 2. 基本要求 系统应具有以下功能： （1）C：编码（Coding）。对文件tobetrans中的正文进行编码，然后将结果存入文件codefile中，将以此建好的哈夫曼树存入文件HuffmanTree中 （2）D：解码（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textfile中。 （3）P：打印代码文件（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codeprint中。 （4）T：打印哈夫曼树（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）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。 3. 参考资料：数据结构（C语言版）严蔚敏、吴伟民编着； 数据结构标准教程胡超、闫宝玉编着 完成期限：2012年6月21 日 指导教师签名： 课程负责人签名： 2012年 6月 21 日 一、设计题目（任选其一） 实验一、哈夫曼编/译码器 二、实验目的 1巩固和加深对数据结构的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力； 2 深化对算法课程中基本概念、理论和方法的理解； 3 巩固构造赫夫曼树的算法； 4 设计试验用程序实验赫夫曼树的构造。 三、运行环境（软、硬件环境） Windows xp sp3，Visual C++ 英文版 四、算法设计的思想 （1）初始化赫夫曼树，输入文件中各字符及其权值，并保存于文件中 （2）编码（Coding）。对文件tobetrans中的正文进行编码，然后将结果存入文件codefile 中 （3）D：解码（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textfile中。 （4）P：打印代码文件（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codeprint中。 一、设计思想 程序要求： 利用哈夫曼树对字符串进行编码,要求每个字符有自己唯一的编码。将得到的一串字串译成0、1编码后存到一个文件夹中，然后再从这个文件夹中读出这串编码进行解码。 实现方法： 输入一串字符，要求字符的区间为大写的26个英文字母，将获得的串字符用计算权值的函数（jsquanzhi()）进行字符统计，统计出现的字符种数以及每种字符出现的次数，将该种字符出现的次数作为它的权值。将出现的字符的权值和该字符依次分别赋给两个结构体HT和HC，利用HT（节点）权值的大小建立哈夫曼树，首先用选择函数select（）函数选择两个权值最小的字符作为叶子节点，创建一个新的节点作为这两个叶节点的父节点，被选中的节点给他的HT[i].parent赋值是他下次不再被选中，父节点的权值为，子节点的权值之和。然后将该将父节点放入筛选区中，再进行选择（被选过的不再被使用），直到所有的节点都被使用，这样一个哈夫曼树就被建立了。根据每个字符在哈夫曼书中的位置来编译每个字符的0、1密文代码，从叶节点判断该叶节点是其父节点的左右字左字为‘0’，右子为‘1’，在判断父节点是上级父节点的左右子直至根节点，将生成的0、1字符串按所表示的字符倒序存入HC相应的字符的bins[]数组。 重新一个一个字符的读取输入的字符串，按照字符出现的顺序将它转为0、1代码并存到一个txt文件夹中去。解码时从文件夹中，一个一个字符的读出那串0、1代码赋给一个临时字符串cd[]，用该字符串与每个字符的HC[i].bins密文比较，直到与一个字符的密文相同时，译出该字符，将字符存放在临时字符数组tempstr[]中，清空临时字符串继续读取0、1代码进行翻译，直至文件密文结束为止。于是就得到了原先被加密的那串字符串。 北京邮电大学电信工程学院 数据结构 实 验 报 告 实验名称： ____Huffman 编码 /解码器 _____ 学生姓名： __________________ 班级： __________________ 班内序号： __________________ 学号： __________________ 日期： ___________________ - 1．实验要求 利用二叉树结构实现哈夫曼编/ 解码器。 基本要求： 1.初始化 (Init) ：能够对输入的任意长度的字符串s 进行统计，统计每个字符的频度，并建 立哈夫曼树 2.建立编码表 (CreateTable)：利用已经建好的哈夫曼树进行编码，并将每个字符的编码输出。 3.编码 (Encoding) ：根据编码表对输入的字符串进行编码，并将编码后的字符串输出。 4.译码 (Decoding) ：利用已经建好的哈夫曼树对编码后的字符串进行译码，并输出译码结果。 5.计算输入的字符串编码前和编码后的长度，并进行分析，讨论赫夫曼编码的压缩效果。2. 程序分析 2.1 存储结构 静态三叉链表 Weight Lchild Rchild parent 2.2 程序流程(或程序结构、或类关系图等表明程序构成的内容，一般为流程图等 ) 2.2.1.流程图 开始 输入进行编码的字符串 统计各个字符的频度，并对各叶子节点 的权重赋值 初始化各节点的Lchild ， Rchild 和 parent 进行哈弗曼编码 是否最后一个字符 是 输出各字符编码 对字符串进行编码 找到当前字符编码，复制到总编码中是否最后一个字符 是 输出各字符串编码 对哈弗曼码进行译码 输出译码结果是 否 判断 双亲 节点 否 - 该节点是否为根节点 否 若为左孩子若为右孩子 编码前插入0编码前插入1 通达学院 算法与数据结构程序设计 题目：哈夫曼编码和译码系统 专业 学生姓名 班级学号 指导教师 指导单位 日期 教师评语 同学出勤率(满勤、较高、一般，较低)，学习态度(端正、较端正、一般、较差)，程序设计基础（好、较好、一般、较差），演示程序(已经、没有)达到了基本要求，算法设计（好、较好、一般），界面友好程度（好、较好、一般），答辩过程中回答问题（准确、较准确、错误率较高），撰写报告格式(规范、一般)、内容（丰满、简单）、表述(清晰、一般、不清楚)，（圆满、较好、基本)完成了课题任务。 教师签名： 年月日 成绩评定 备注 一、题目要求： 题 目 ：哈夫曼编码和译码系统 基本要求： (1) 能输入字符集和各字符频度建立哈夫曼树； (2) 产生各字符的哈夫曼编码，并进行解码。 提高要求： (1) 能设计出简捷易操作的窗口界面； (2) 编码和译码存储在文件中。 二、需求分析： 2.1基本思想 根据,哈夫曼的定义,一棵二叉树要使其带权路径长度最小,必须使权值越大的叶子结点越靠近根结点,而权值越小的叶子结点越远离根结点.依据这个特点便提出了哈夫曼算法,其基本思想是: (1) 初始化:由给定的n 个权值{w 1, w 2,…, w n }构造n 棵只有一个根结点的二叉树,从而得到一个二叉树集合F={ T 1,T 2,…,T n }; (2) 选取与合并:在F 中选取根结点的权值最小的两棵二叉树分别作为左、右子树构造一颗新的二叉树,这棵新二叉树的根结点的权值为其左、右子树根结点的权值之和; (3) 删除与加入:在F 中删除作为左、右子树的两棵二叉树,并将新建立的二叉树加入到F 中; (4) 重复(2)、(3)两步,当集合F 中只剩下一棵二叉树时,这棵二叉树便是哈夫曼树. 2.2存储结构 在由哈夫曼算法构造的哈夫曼树中,非叶子结点的度均为2，根据二叉树的性质可知,具有n 个叶子结点的哈夫曼树共有2n-1个结点,其中有n-1个非叶子结点,它们是在n-1次的合并过程中生成的.为了便于选取根结点权值最小的二叉树以及合并操作,设置一个数组HuffmanNode[2n-1]保存哈夫曼树中各结点的信息,数组元素的结点结构如图所示. 图 哈夫曼树的结点结构 其中: weight parent lchild rchild i nf 哈夫曼编译码器课程设计报告完整版 XXX学院本科 数据结构课程设计总结报告 设计题目：实验一、哈夫曼编/译码器 学生姓名：XXX 系别：XXX 专业：XXX 班级：XXX 学号：XXX 指导教师：XXX XXX 6 月 21日 xxx学院 课程设计任务书 题目一、赫夫曼编译码器 专业、班级 xxx 学号 xxx 姓名 xxx 主要内容、基本要求、主要参考资料等： 1. 主要内容 利用哈夫曼编码进行信息通信可大大提高信道利用率，缩短信息传输时间，降低传输成本。要求在发送端经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（既能够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写一个哈夫曼的编/译码系统。 2. 基本要求 系统应具有以下功能： （1）C：编码（Coding）。对文件tobetrans中的正文进行编码，然后将结果存入文件codefile中，将以此建好的哈夫曼树存入文件HuffmanTree中 （2）D：解码（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textfile中。 （3）P：打印代码文件（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codeprint中。 （4）T：打印哈夫曼树（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）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。 3. 参考资料：数据结构（C语言版）严蔚敏、吴伟民编著； 数据结构标准教程胡超、闫宝玉编著 完成期限： 6月21 日 指导教师签名： 课程负责人签名： 6月 21 日 一、设计题目（任选其一） 实验一、哈夫曼编/译码器 二、实验目的 1巩固和加深对数据结构的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力； 2 深化对算法课程中基本概念、理论和方法的理解； 3 巩固构造赫夫曼树的算法； 4 设计试验用程序实验赫夫曼树的构造。 三、运行环境（软、硬件环境） Windows xp sp3，Visual C++ 6.0英文版 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，最后输出电文数字哈夫曼树编码译码实验报告(DOC)
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