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哈夫曼编码译码实验报告哈夫曼编码译码实验报告一、引言哈夫曼编码是一种用来对数据进行压缩的算法，它能够根据数据的频率分布来分配不同长度的编码，从而实现对数据的高效压缩。
本次实验旨在通过实际操作，深入理解哈夫曼编码的原理和实现方式，并通过编码和解码过程来验证其有效性。
二、实验目的1. 掌握哈夫曼编码的原理和算法；2. 学会使用编程语言实现哈夫曼编码和解码；3. 验证哈夫曼编码在数据压缩中的实际效果。
三、实验过程1. 数据准备在实验开始前，首先需要准备一段文本数据作为实验材料。
为了更好地展示哈夫曼编码的效果，我们选择了一篇新闻报道作为实验文本。
这篇报道涵盖了多个领域的信息，包括科技、经济、体育等，具有一定的复杂性。
2. 哈夫曼编码实现根据哈夫曼编码的原理，我们首先需要统计文本中每个字符的频率。
为了方便处理，我们将每个字符与其频率构建成一个字符-频率的映射表。
然后，我们根据频率构建哈夫曼树，将频率较低的字符作为叶子节点，频率较高的字符作为内部节点。
最后，根据哈夫曼树构建编码表，将每个字符映射到对应的二进制编码。
3. 哈夫曼解码实现在哈夫曼解码过程中，我们需要根据编码表将二进制编码转换回字符。
为了实现高效解码，我们可以将编码表转换为一个二叉树，其中每个叶子节点对应一个字符。
通过遍历二叉树，我们可以根据输入的二进制编码逐步还原出原始文本。
4. 编码和解码效果验证为了验证哈夫曼编码的有效性，我们需要对编码和解码的结果进行比较。
通过计算编码后的二进制数据长度和原始文本长度的比值，我们可以得到压缩率，进一步评估哈夫曼编码的效果。
四、实验结果经过实验，我们得到了以下结果：1. 哈夫曼编码表根据实验文本统计得到的字符-频率映射表，我们构建了哈夫曼树，并生成了相应的编码表。
编码表中每个字符对应的编码长度不同，频率较高的字符编码长度较短，频率较低的字符编码长度较长。
2. 编码结果将实验文本使用哈夫曼编码进行压缩后，得到了一串二进制数据。
福建工程学院课程设计课程：数据结构题目：哈夫曼编码和译码专业：信息管理信息系统班级： 1002班座号： 15号姓名：林左权2011年 6月 27日实验题目：哈夫曼编码和译码一、要解决的问题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）。
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。
二、算法基本思想描述：根据给定的字符和其中每个字符的频度,构造哈夫馒树,并输出字符集中每个字符的哈夫曼编码.将给定的字符串根据其哈夫曼编码进行编码,并进行相应的译码.三、设计1. 数据结构的设计（1）哈夫曼树的表示设计哈夫曼树的结构体（htnode），其中包含权重、左右孩子、父母和要编码的字符。
用这个结构体（htnode）定义个哈夫曼数组（hfmt[]）。
迷宫定义如下：typedef struct{int weight;int lchild;int rchild;int parent;char key;}htnode;typedef htnode hfmt[MAXLEN];（2）对原始字符进行编码初始化哈夫曼树（inithfmt）。
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。
并显示出每个字符的编码。
inithfmt(hfmt t)ey)hfmtpath(t,i,j);printf("\n");}（4）对用户输入的字符进行编码void decoding(hfmt t)child;if(t[j].lchild==-1){printf("%c",t[j].key);j=2*n-2;}}else if(r[i]=='1'){j=t[j].rchild;if(t[j].rchild==-1){printf("%c",t[j].key); j=2*n-2;}}}printf("\n\n");}四、源程序清单：#include <>#include <>#include <>#define MAXLEN 100typedef struct{int weight;int lchild;int rchild;int parent;char key;}htnode;typedef htnode hfmt[MAXLEN];int n;void inithfmt(hfmt t)eight=0;t[i].lchild=-1;t[i].rchild=-1;t[i].parent=-1;}printf("\n");}void inputweight(hfmt t)ey=k;printf("请输入第%d个字符的权值:",i+1); scanf("%d",&w);getchar();t[i].weight=w;printf("\n");}}void selectmin(hfmt t,int i,int *p1,int *p2)arent==-1)if(min1>t[j].weight){min1=t[j].weight;*p1=j;}for(j=0;j<=i;j++)arent==-1)if(min2>t[j].weight && j!=(*p1))eight;*p2=j;}}void creathfmt(hfmt t)arent=i;t[p2].parent=i;t[i].lchild=p1;t[i].rchild=p2;t[i].weight=t[p1].weight+t[p2].weight;}}void printhfmt(hfmt t)eight,t[i].parent,t[i].lchild,t[i].rchild,t[i].key); }printf("\n------------------------------------------------------------------\n");printf("\n\n");}void hfmtpath(hfmt t,int i,int j)arent;if(t[j].parent!=-1){i=j;hfmtpath(t,i,j);}if(t[b].lchild==a)printf("0");elseprintf("1");}void phfmnode(hfmt t)ey,t[i].weight);hfmtpath(t,i,j);}printf("\n------------------------------------------------------------------\n") ;}void encoding(hfmt t)ey)hfmtpath(t,i,j);printf("\n");}void decoding(hfmt t)child;if(t[j].lchild==-1){printf("%c",t[j].key);j=2*n-2;}}else if(r[i]=='1'){j=t[j].rchild;if(t[j].rchild==-1){printf("%c",t[j].key);j=2*n-2;}}}printf("\n\n");}int main(){int i,j;hfmt ht;char flag;printf(" |----------------------|\n"); printf(" |信管1002--林左权--15号|\n");printf(" |**********************|\n");printf(" | 哈夫曼编码课程设计 |\n");printf(" |**********************|\n");printf(" |设计完成时间:2011/6/27|\n");printf(" |----------------------|\n");creathfmt(ht);printhfmt(ht);phfmnode(ht);printf("\n------------------------------------------------------------------\n") ;printf("***************************编码&&译码&&退出***********************");printf("\n【1】编码\t【2】\t译码\t【0】退出");printf("\n您的选择：");flag=getchar();getchar();while(flag!='0'){if(flag=='1')encoding(ht);else if(flag=='2')decoding(ht);elseprintf("您的输入有误，请重新输入。
v .. . ..安徽大学数据结构课程设计报告项目名称：哈弗曼编/译码系统的设计与实现姓名：鉏飞祥学号：E21414018专业：软件工程完成日期2016/7/4计算机科学与技术学院1 .需求分析1.1问题描述•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（解码）。
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编译码系统。
1.2基本要求(1)输入的形式和输入值的范围；(2)输出的形式；(3)程序所能达到的功能。
1.基本要求（1）初始化（Initialzation）。
从数据文件DataFile.data中读入字符及每个字符的权值，建立哈夫曼树HuffTree；（2）编码（EnCoding）。
用已建好的哈夫曼树，对文件ToBeTran.data中的文本进行编码形成报文，将报文写在文件Code.txt中；（3）译码（Decoding）。
利用已建好的哈夫曼树，对文件CodeFile.data中的代码进行解码形成原文，结果存入文件Textfile.txt中；（4）输出（Output）。
输出DataFile.data中出现的字符以及各字符出现的频度（或概率）；输出ToBeTran.data及其报文Code.txt；输出CodeFile.data及其原文Textfile.txt；2. 概要设计说明本程序中用到的所有抽象数据类型的定义。
主程序的流程以及各程序模块之间的层次(调用)关系。
(1)数据结构哈夫曼树的节点struct huff{int weight;int parent;int l;int r;};哈夫曼编码的存储struct huff *hufftree;(2)程序模块选择1到i-1中parent为0且权值最小的两个下标void Select(struct huff *HT, int n, int &s1, int &s2)构建哈夫曼树：void huffmancoding(struct huff *ht,int *w,int n)对原文进行编码：void code(char *c)根据报文找到原文：void decoding(char *zifu)3. 详细设计核心技术分析：1：构建哈夫曼树及生成哈夫曼编码：根据每个字符权值不同，根据最优二叉树的构建方法，递归生成哈夫曼树，并且用数组存放哈夫曼树。
目录摘要 (II)Abstract (II)第一章课题描述 (1)1.1 问题描述 (1)1.2 需求分析…………………………………………………..……………………………11.3 程序设计目标……………………………………………………………………………第二章设计简介及设计方案论述 (2)2.1 设计简介 (2)2.2 设计方案论述 (2)2.3 概要设计 (2)第三章详细设计 (4)3.1 哈夫曼树 (4)3.2哈夫曼算法 (4)3.2.1基本思想 (4)3.2.2存储结构 (4)3.3 哈夫曼编码 (5)3.4 文件I/O 流 (6)3.4.1 文件流 (6)3.4.2 文件的打开与关闭 (7)3.4.3 文件的读写 (7)3..5 C语言文件处理方式……………………………………………………………………第四章设计结果及分析 (8)4.1 设计系统功能 (8)4.2 进行系统测试 (8)总结 (13)致谢 (14)参考文献 (15)附录主要程序代码 (16)摘要在这个信息高速发展的时代，每时每刻都在进行着大量信息的传递，到处都离不开信息，它贯穿在人们日常的生活生产之中，对人们的影响日趋扩大,而利用哈夫曼编码进行通信则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。
在生产中则可以更大可能的降低成本从而获得更大的利润，这也是信息时代发展的趋势所在。
本课程设计的目的是使学生学会分析待加工处理数据的特性，以便选择适当的逻辑结构、存储结构以及进行相应的算法设计。
学生在学习数据结构和算法设计的同时，培养学生的抽象思维能力、逻辑推理能力和创造性的思维方法，增强分析问题和解决问题的能力。
此次设计的哈夫曼编码译码系统，实现对给定报文的编码和译码，并且任意输入报文可以实现频数的统计,建立哈夫曼树以及编码译码的功能。
这是一个拥有完备功能的系统程序，对将所学到的知识运用到实践中,具有很好的学习和研究价值.关键词：信息；通讯；编码；译码；程序AbstractThis is a date that information speeding highly development and transmitinformation every time, everywhere cannot leave the information, it passes through during the people daily life production, the influence expands day by day to the people, but codes using Huffman carries on the correspondence to be possible to raise the channel use factor greatly, reduces the intelligence transmission time, reduces the transmission cost. May greatly possible reduce the cost in the production, thus obtains a bigger profit, this is also the information age development tendency is. This curriculum project's goal is makes the student academic society to analyze treats the processing data the characteristic, with the aim of choosing the suitable logical organization, the memory structure as well as carries on the corresponding algorithm design. The student during the study construction of data and algorithm design’s raises student's abstract thinking ability, logic reasoning ability and the creative thought method, the enhancement analysis question and solves the question ability. This design's Huffman codes the code recognition system, realizes to assigns the text the code and the decoding, and the arbitrary input text may realize the frequency statistics, establishes the Huffman tree as well as the code decoding function. This is one has the complete function system program, to the knowledge which will learn utilizes in the practice, has the very good study and the research value.Keywords：Information; Communication; Coding; Decoding; Procedure第一章课题描述1.1问题描述利用哈夫曼编码进行通信，可以压缩通信的数据量，提高传输效率，缩短信息的传输时间，还有一定的保密性。
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。
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 XXX2012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、吴伟民编著；数据结构标准教程胡超、闫宝玉编著完成期限：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。
哈夫曼编码译码器实验报告实验名称：哈夫曼编码译码器实验一、实验目的：1.了解哈夫曼编码的原理和应用。
2.实现一个哈夫曼编码的编码和译码器。
3.掌握哈夫曼编码的编码和译码过程。
二、实验原理：哈夫曼编码是一种常用的可变长度编码，用于将字符映射到二进制编码。
根据字符出现的频率，建立一个哈夫曼树，出现频率高的字符编码短，出现频率低的字符编码长。
编码过程中，根据已建立的哈夫曼树，将字符替换为对应的二进制编码。
译码过程中，根据已建立的哈夫曼树，将二进制编码替换为对应的字符。
三、实验步骤：1.构建一个哈夫曼树，根据字符出现的频率排序。
频率高的字符在左子树，频率低的字符在右子树。
2.根据建立的哈夫曼树，生成字符对应的编码表，包括字符和对应的二进制编码。
3.输入一个字符串，根据编码表将字符串编码为二进制序列。
4.输入一个二进制序列，根据编码表将二进制序列译码为字符串。
5.比较编码前后字符串的内容，确保译码正确性。
四、实验结果：1.构建哈夫曼树：-字符出现频率：A(2)，B(5)，C(1)，D(3)，E(1) -构建的哈夫曼树如下：12/\/\69/\/\3345/\/\/\/\ABCDE2.生成编码表：-A:00-B:01-C:100-D:101-E:1103.编码过程：4.译码过程：5.比较编码前后字符串的内容，结果正确。
五、实验总结：通过本次实验，我了解了哈夫曼编码的原理和应用，并且实现了一个简单的哈夫曼编码的编码和译码器。
在实验过程中，我充分运用了数据结构中的树的知识，构建了一个哈夫曼树，并生成了编码表。
通过编码和译码过程，我进一步巩固了对树的遍历和节点查找的理解。
实验结果表明，本次哈夫曼编码的编码和译码过程正确无误。
在实验的过程中，我发现哈夫曼编码对于频率较高的字符具有较短的编码，从而实现了对字符串的高效压缩。
同时，哈夫曼编码还可以应用于数据传输和存储中，提高数据的传输效率和存储空间的利用率。
通过本次实验，我不仅掌握了哈夫曼编码的编码和译码过程，还深入了解了其实现原理和应用场景，加深了对数据结构和算法的理解和应用能力。
四、综合设计（课程设计）摘要：在这次课程设计中，所进行的实验是：哈夫曼编码和编译器。
对哈夫曼树进行建立，由节点的权值建立最小二叉树，哈夫曼树haftree，并由所建立的哈夫曼树进行编码，求出各个节点的编码。
在由所求的哈夫曼树，输入一段二进制电文，能够输出那所建立的哈夫曼树中的节点。
建立的haftree用图形化表示出来。
在整个代码实现中，窗体的实现，功能的完善，哈夫曼树的建立，哈夫曼树的编码，遇到了许多难题，haftree对象数组的分配空间，节点的属性等都比较困难。
在整个过程中，用的是C#语言，包的应用，字符串数组的空间分配，在计算每个字符的权值时，用的是sizeOf()检索整个字符串，计算字符的权值，建立字符出现频度的表格，根据表格中每个字符频度建立起哈夫曼树。
从根节点出发检索每个节点的左右孩子，如果是左孩子遍历左边，路径为0，然后左孩子为根节点；如果是右孩子，遍历右孩子，路径为1，然后右孩子为根节点。
在重新上述方法，直到所有的节点都遍历完，每个节点的编码就确定后输出来。
在译码过程中，由所输入的二进制电文，根据所建立的哈夫曼树，如果是0走左边，如果是1，走右边，直到节点的左右孩子为空时，输出给节点的信息，在回到根节点重新遍历后面的二进制电文，直到所有电文都遍历完为止，输出所有从电文中译码出来的信息。
关键词：编译器；频度；译码五、综合设计（课程设计）Abstract：In this design, the experiment was : Huffman coding and compiler. The Huffman tree to establish, by the node weights to establish a minimum of two fork tree, Huffman tree haftree, and by the Huffman tree coding, and every node coding. By the Huffman tree, enter a binary message, can output the set up by the Huffman tree nodes. Establishment of haftree graphical representation. In the implementation of the code, the realization form, function perfect, Huffman tree is established, Huffman coding tree, encountered a lot of problems, an array of haftree objects allocated space, node attributes are difficult. Throughout the process, using the C# language, the application package, an array of strings in the spatial distribution, calculated for each weight of characters, using sizeOf to retrieve the entire string, calculating the weight of characters, establish character appearance frequency of form, form the basis of each character frequency established Huffman tree. Starting from the root node to retrieve each node around children, if children left traverse left, path 0, then left the child as the root node; if it is right child, traversing the right path for children, 1 children for the root node, then the right. In the new method described above, until all of the node traversal finished, each node is determined after the output coding.In the decoding process, by the input binary message, according to the established Huffman tree, if it is 0 the left, if it is 1, go right, until the left and right child node is empty, the output to the node information, in the back of the root node to traverse behind a binary message, until all message traversal finished so far, the output from all the message decoding of information.Keywords:compiler;frequency;decoding目录摘要 ................................................................................. 错误！未定义书签。
数学与计算机学院数据结构实验报告年级大二学号********* 姓名******* 成绩专业电气信息类（计算机）实验地点主楼402 指导教师实验项目实验日期2010年11月20日一、实验目的和要求通过对简单哈夫曼编/译码系统的设计与实现来熟练掌握树型结构在实际问题中的应用。
此实验可以作为综合实验，阶段性实验时可以选择其中的几个功能来设计和实现。
二、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编写一个哈夫曼码的编/译码系统。
三、数据结构设计1、构造哈夫曼树时使用静态链表作为哈夫曼树的存储。
在构造哈夫曼树时，设计一个结构体数组HuffNode保存哈夫曼树中各结点的信息，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，所以数组HuffNode的大小设置为2n-1;描述结点的数据类型为：struct HNodeType{char data; //结点字符int weight;//结点权值int parent;int lchild;int rchild;int level;};2、求哈夫曼树编码时使用一维结构数组HuffCode作为哈夫曼编码信息的存储。
求哈夫曼编码，实质上就是在已建立的哈夫曼树中，从叶子结点开始，沿结点的双亲链域回退到根结点，每回退一步，就走过了哈夫曼树的一个分支，从而得到一位哈夫曼码值，由于一个字符的哈夫曼编码是从根结点到相应叶子结点所经过的路径上各分支所组成的0、1序列，因此先得到的分支代码为所求编码为所求编码的低位码，后得到的分支代码为所求编码的高位码，所以设计如下数据类型：struct HCodeType{int bit[MAXBIT];int start;};3、文件hfmtree.txt、codefile.txt、textfile.txt。
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：XXX系别：XXX专业：XXX班级：XXX学号：XXX指导教师：XXX XXX2012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 xxx主要容、基本要求、主要参考资料等：1. 主要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：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。
目录摘要 (II)Abstract (II)第一章课题描述 (1)1.1 问题描述 (1)1.2 需求分析 (1)1.3 程序设计目标.......................................................................................第二章设计简介及设计方案论述 (2)2.1 设计简介 (2)2.2 设计方案论述 (2)2.3 概要设计 (2)第三章详细设计 (4)3.1 哈夫曼树 (4)3.2哈夫曼算法 (4)3.2.1基本思想 (4)3.2.2存储结构 (4)3.3 哈夫曼编码 (5)3.4 文件I/O流 (6)3.4.1 文件流 (6)3.4.2 文件的打开与关闭 (7)3.4.3 文件的读写 (7)3..5 C语言文件处理方式..............................................................................第四章设计结果及分析 (8)4.1 设计系统功能 (8)4.2 进行系统测试 (8)总结 (13)致谢 (14)参考文献 (15)附录主要程序代码 (16)摘要在这个信息高速发展的时代，每时每刻都在进行着大量信息的传递，到处都离不开信息，它贯穿在人们日常的生活生产之中，对人们的影响日趋扩大,而利用哈夫曼编码进行通信则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。
在生产中则可以更大可能的降低成本从而获得更大的利润，这也是信息时代发展的趋势所在。
本课程设计的目的是使学生学会分析待加工处理数据的特性，以便选择适当的逻辑结构、存储结构以及进行相应的算法设计。
学生在学习数据结构和算法设计的同时，培养学生的抽象思维能力、逻辑推理能力和创造性的思维方法，增强分析问题和解决问题的能力。
此次设计的哈夫曼编码译码系统，实现对给定报文的编码和译码，并且任意输入报文可以实现频数的统计,建立哈夫曼树以及编码译码的功能。
这是一个拥有完备功能的系统程序，对将所学到的知识运用到实践中,具有很好的学习和研究价值.关键词：信息；通讯；编码；译码；程序AbstractThis is a date that information speeding highly development and transmit information every time, everywhere cannot leave the information, it passes through during the people daily life production, the influence expands day by day to the people, but codes using Huffman carries on the correspondence to be possible to raise the channel use factor greatly, reduces the intelligence transmission time, reduces the transmission cost. May greatly possible reduce the cost in the production, thus obtains a bigger profit, this is also the information age development tendency is. This curriculum project's goal is makes the student academic society to analyze treats the processing data the characteristic, with the aim of choosing the suitable logical organization, the memory structure as well as carries on the corresponding algorithm design. The student during the study construction of data and algorithm design’s raises student's abstract thinking ability, logic reasoning ability and the creative thought method, the enhancement analysis question and solves the question ability. This design's Huffman codes the code recognition system, realizes to assigns the text the code and the decoding, and the arbitrary input text may realize the frequency statistics, establishes the Huffman tree as well as the code decoding function. This is one has the complete function system program, to the knowledge which will learn utilizes in the practice, has the very good study and the research value.Keywords：Information; Communication; Coding; Decoding; Procedure第一章课题描述1.1问题描述利用哈夫曼编码进行通信，可以压缩通信的数据量，提高传输效率，缩短信息的传输时间，还有一定的保密性。
现在要求编写一程序模拟传输过程，实现在发送前将要发送的字符信息进行编码，然后进行发送，接收后将传来的数据进行译码，即将信息还原成发送前的字符信息。
1.2需求分析在本例中设置发送者和接受者两个功能，1.2.1发送者的功能：①输入待传送的字符信息；②统计字符信息中出现的字符种类数和各字符出现的次数（频率）；②根据字符的种类数和各自出现的次数建立哈夫曼树；③利用以上哈夫曼树求出各字符的哈夫曼编码；④将字符信息转换成对应的编码信息进行传送。
1.2.2接受者的功能：①接收发送者传送来的编码信息；②利用上述哈夫曼树对编码信息进行翻译，即将编码信息还原成发送前的字符信息。
从以上分析可发现，在本例中的主要算法有三个：（1）哈夫曼树的建立；（2）哈夫曼编码的生成；（3）对编码信息的翻译。
1.3程序设计目标层次一：编程从文件中读取一段报文，首先统计字符的频度，然后建立哈夫曼树，并给出报文的编码，然后根据使用者的需要对指定文件里的任意二进制编码进行译码并显示。
层次二：使用者从系统界面输入字符串，统计从键盘输入的字符串信息，然后建立哈夫曼树，并给出报文的编码，然后根据使用者的需要对指定文件里的或者使用者从系统界面输入任意二进制编码的进行译码并显示。
第二章设计简介及设计方案论述2.1设计简介文字处理是现代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。
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，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。
所以本次设计就是通过构造哈夫曼树来生成哈夫曼编码，最终完成设计要求。
2.2设计方案论述哈夫曼编码/译码程序主要由主函数、哈夫曼树类和各种功能函数组成，程序运行时首先进入主函数，对各种功能函数进行调用，从而实现了整个程序的运行。
将各种不同的函数分别包含在各自的结构体中，使整个程序结构更加的清晰明了，各功能相互独立且紧密联系，有利于编程的实现，同时也体现了面向对象设计语言的封装性。
在主菜单中运用了switch()函数和“case”语句，便于对整个程序操作和控制；对数据保存在文档中，则运用了文件I/O流和C语言的文件处理方式，进行文件与内存之间输入，输出数据。
2.3概要设计2.3.1第一部分功能的实现在主函数声明HuffmanTree1类的对象HuffmanNode，然后用HuffmanNode调用它的成员函数TranslatedCode()，此函数能读取Adata.txt里的字符串并统计，然后建立哈夫曼树并对各个字符编码和保存相关信息。
然后对象HuffmanNode再调用成员函数TranslateArtcle（）对指定文件得到的二进制编码进行译码，并保存翻译得到的信息。
2.3.1第二部分功能的实现获取并保存从键盘输入的字符串，并统计其信息。
然后利用这些信息建立哈夫曼树对各个字符进行编码和保存相关信息。
接着可以调用函数HuffmanTranslateCoding2（）对指定文件得到的二进制编码信息进行译码和保存得到的翻译信息，或者可以调用HuffmanTranslateCoding()对从系统页面输入的二进制编码进行翻译并保存翻译信息第三章 详细设计3.1 哈夫曼树哈夫曼树也称最优二叉树.给定一组具有确定权值的叶子结点,可以构造出不同的二叉树,将其中带权路径长度最小的二叉树称为哈夫曼树.其中,叶子结点的权值(weight)是对叶子结点赋予的一个有意义的数值量.设二叉树具有n 个带权值的叶子结点,从根结点到各个叶子结点的路径长度与相应叶子结点权值的乘积之和叫做二叉树的带权路径长度(weighted path length),记为:WPL=Wklk 1∑=nk ,w k 为第k 个叶子结点的权值,l k 为从根结点到第k 个叶子结点的路径长度.3.2 哈夫曼算法3.2.1 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.3.2.2 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3-1所示.图3-1 哈夫曼树的结点结构其中,weight:权值域,保存该结点的权值;lchild:指针域,保存该结点的左孩子结点在数组中的下标;rchild:指针域,保存该结点的右孩子结点在数组中的下标;parent:指针域,保存该结点的双亲结点在数组中的下标.Inf:存储相关的字符信息可以用C中的结构类型定义上述结点.struct HuffmanNode{char inf;int weight;int parent;int lchild,rchild;};3.3 哈夫曼编码哈夫曼树可用于构造最短的不等长编码方案,具体做法如下:设需要编码的字符集合为{d1,d2,…,dn},它们在字符串中出现的频率为{w1, w2,…, wn},以d1,d2,…,dn作为叶子结点, w1, w2,…, wn作为叶子结点的权值,构造一颗哈夫曼编码树,规定哈夫曼编码树的左分支代表0，右分支代表1，则从根结点到每个叶子结点所经过的路径组成的0和1的序列便为该叶子结点对应字符的编码,称为哈夫曼编码(Huffman Code).在哈夫曼编码树中,数的带权路径长度的含义是各个字符的码长与其出现次数的乘积之和,所以采用哈夫曼树构造的编码是一种能使字符串的编码总长度最短的不等长编码.由于哈夫曼编码树的每个字符结点都是叶子结点,它们不可能在根结点到其他字符结点的路径上,所以一个字符的哈夫曼编码不可能是另一个字符的哈夫曼编码的前缀,从而保证了解码的唯一性.3.4 C++文件I/O流3.4.1 文件的打开与关闭本程序中，建立流对象调用成员函数open和close进行文件的打开和关闭。
