哈夫曼树编码以及译码——实验报告
华北水利水电大学数据结构实验报告
2013 ～2014 学年第一学期级计算机科学与技术专业班级：学号：姓名：
实验三：哈夫曼编/译码器
一．实验目的
掌握哈夫曼树编码原理
二．实验内容
根据哈夫曼编码的原理，编写一个程序，在用户输入结点权值的基础上求赫夫曼编码，并能把给定的编码进行译码。
基本要求：
（1）初始化：从键盘输入一字符串（或读入一文件），统计出现的字符和每个字符出现的频率，将字符出现的频率作为结点的权值，建立哈夫曼树。对各个字符进行哈夫曼编码，最后打印输出字符及每个字符对应的哈夫曼编码。
（2）编码：利用已建好的哈夫曼树对“输入串”进行哈夫曼编码，最后打印输入串对应的哈夫曼编码（写入文件）。
（3）计算压缩比（选作）
（4）译码：利用已建好的哈夫曼树对给定的一串代码进行译码，并打印输出得到的字符串。（选作）
测试数据：对字符串{casbcatbsatbat}进行编码；对电文“1101000”译码。字符集D={ ？},出现频率为w={？}
三．程序源代码
#include
#include
#include
///.............数据结构的构造..........
typedef struct HTNode
{
int weight;
int parent;
int lchild;
int rchild;
HTNode(int w,int p,int l,int r)
{
weight=w;
parent=p;
lchild=l;
rchild=r;
}
}HTNode,*HuffmanTree;
typedef char ** HuffmanCode;
typedef struct ///译码参照表
{
char word;
char* code;
}LNode,*List;
///.......选取最小和次小的......
void Select(HuffmanTree & HT,int num,int *s1,int *s2) {
int i;
for(i=1;i<=num;i++)
{
if(HT[i].parent==0)
{
*s1=i;
break;
}
}
for(i=1;i<=num;i++)
{
if(HT[i].parent==0)
{
if(HT[*s1].weight>HT[i].weight)
*s1=i;
}
}
for(i=1;i<=num;i++)
{
if(i==*s1)
continue;
if(HT[i].parent==0)
{
*s2=i;
break;
}
}
for(i=1;i<=num;i++)
{
if(HT[i].parent==0)
{
if(i==*s1)
continue;
if(HT[*s2].weight>=HT[i].weight)
*s2=i;
}
}
}
///..........哈夫曼树构造函数..........
void HuffmanTreeCoding(HuffmanTree &HT,HuffmanCode &HC,int *w, int n) {
int i,c,m,start;
int f,s1,s2;
char *cd;
HuffmanTree p;
if(n<=1) return;
m=2*n-1;
HT=(HuffmanTree)malloc((m+1)*sizeof(HTNode));
for(p=HT+1,i=1;i<=n;++i,++p,++w) *p=HTNode(*w,0,0,0);
for(;i<=m;++i,++p) *p=HTNode(0,0,0,0);
f or(i=n+1;i<=m;++i)
{
Select(HT,i-1,&s1,&s2); ////调用选取最小和次小的函数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 *));
cd=(char *)malloc(n*sizeof(char));
cd[n-1]='\0';
for(i=1;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';
else cd[--start]='1';
}
HC[i]=(char *)malloc((n-start)*sizeof(char));
strcpy(HC[i],&cd[start]);
}
free(cd);
}
///.............译码函数................
int Translate(List ArrayList,char* s1,char *s2)
{
int i,j,k=0;
int num=0;
int len;
for(i=1;i<=5;i++)
{
len=strlen(ArrayList[i].code);
for(j=0;j { if(s1[k]==ArrayList[i].code[j]) { ++j; ++k; } else { k=k-j; break; } } if(j==len) { s2[num++]=ArrayList[i].word; i=0; } } return num; } ///判断是否存在 int Locate(char c,char *s,int *num) { int i,j=0; for(i=0;s[i]!='\0';i++) { if(s[i]==c) { (*(num+i))++; j=1; } } return j; } ///........................................... int main() { //要编码的字符串''casbcatbsatbat'' ///要译码"1101000" char *transcode_result=(char*)malloc(sizeof(char)); HuffmanTree HT; HuffmanCode HC; List ArrayList; ArrayList=(List)malloc(6*sizeof(LNode)); int i,num; int len=3; int j=0; int k=0; char *transcode=(char*)malloc(100*sizeof(char)); char *code=(char*)malloc(100*sizeof(char)); char *s=(char*)malloc(len*sizeof(char)); int *w=(int *)malloc(len*sizeof(int)); printf("请输入要编码的电文：\n"); gets(code); printf("请输入要译码的电文：\n"); gets(transcode); for(i=0;code[i]!='\0';i++) ////分析要编码的电文，并统计他们的权值 { if(!Locate(code[i],s,w)) { if(j>=len) { s=(char*)realloc(s,10*sizeof(char)); w=(int*)realloc(w,10*sizeof(int)); len+=10; } s[j]=code[i]; w[j]=1; j++; } } HuffmanTreeCoding(HT,HC,w,j); ///调用编码函数 for(i=1;i<=j;i++) { ArrayList[i].word=s[i-1]; ArrayList[i].code=HC[i]; } num=Translate(ArrayList,transcode,transcode_result); //调用译码函数 printf("输出编码结果:\n"); for(i=1;i<=j;i++) { printf("%c:",ArrayList[i].word); puts(ArrayList[i].code); } printf("译码结果是:\n"); for(i=0;i { printf("%c ",transcode_result[i]); } printf("\n"); return 0; } 四．运行结果 五．实验总结 在这次实验中，利用哈夫曼树进行编码，由于参考书中的哈夫曼编码的原理以及书中的算法，思路很明确，但在实现的过程中依然遇到了不少问题。首先是自己定义的结构体类型初始化的问题。利用原先那种“{}“初始化方法，再编译时总是出现错误，但在语法上没有错误。后来查询了MSDN,了解到这种错误在于自己定义的结构体在初始化时要利用一个构造函数。 其次是统计你输入的一段字符串中出现的各种字符以及出现的次数。我在做的过程中由于不知道要建立数组的长度，在动态创建的过程中，总是出现未利用的空间出现乱码。后来我通过专门建立一个变量来统计用到的数组长度，终于解决了这个问题。 目录 一、摘要 (3) 二、题目 (3) 三、实验目的 (3) 四、实验原理 (3) 五、需求分析 (4) 5.1实验要求 (4) 5.2实验内容 (4) 六、概要设计 (4) 6.1所实现的功能函数 (4) 6.2主函数 (5) 6.3 系统结构图 (6) 七、详细设计和编码 (6) 八、运行结果 (12) 九、总结 (15) 9.1调试分析 (15) 9.2 心得体会 (15) 参考文献 (16) 一、摘要 二、题目 哈夫曼树的编码与译码 三、实验目的 （1）熟悉对哈夫曼的应用以及构造方法，熟悉对树的构造方式的应用； （2）进一步掌握哈夫曼树的含义； （3）掌握哈夫曼树的结构特征，以及各种存储结构的特点以及使用范围； （4）熟练掌握哈夫曼树的建立和哈夫曼编码方法； （5）提高分析问题、解决问题的能力，进一步巩固数据结构各种原理与方法； （6）掌握一种计算机语言，可以进行数据算法的设计。 四、实验原理 哈夫曼（Huffman）编码属于长度可变的编码类，是哈夫曼在1952年提出的一种编码方法，即从下到上的编码方法。同其他码词长度一样，可区别的不同码词的生成是基于不同符号出现的不同概率。生成哈夫曼编码算法基于一种称为“编码树”（coding tree）的技术。算法步骤如下： （1）初始化，根据富豪概率的大小按由大到小顺序对符号进行排序； （2）把概率最小的两个符号组成一个新符号（节点），即新符号的概率等于这两个符号概率之和； （3）重复第（2）步，直到形成一个符号为止（树），其概率最后等于1； （4）从编码树的根开始回溯到原始的符号，并将每一下分支赋值1，上分支赋值0； 译码的过程是分解电文中字符串，从根出发，按字符“0”或者“1”确定找做孩 子或右孩子，直至叶子节点，便求得该子串相应的字符。 哈夫曼编码/译码 一、【实验内容】 【问题描述】 利用哈夫曼编码进行住处通讯可以大大提高信道利用率,缩短住处传输时间,降低成本,但是,这要求在发送端通过一个编码系统将传输的数据预先编码,在接收端通过一个译码系统对传来的数据进行译码(复原),对于双向传输信息的信道,每端都一个完整的编码译码系统,试为这样的住处收发站写一个哈夫曼友的编码译码系统. 【基本要求】：一个完整的系统应以下功能: (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,并将它存放在文件hfmTree中. (2) E. 编码(Encoding)。利用已建立好的哈夫曼树（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,然后将结果代码存(传输)到文件CodeFile中. (3) D. 译码(Decoding)。利用已建好的哈夫曼树,对传输到达的Cod eFile中的数据代码进行译码,将译码结果存入文件TextFile中. (4) P. 印文件代码(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CodePri n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(树或凹入表的形式)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。 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计数据建立哈曼树,并实现以下报文的编码和译码：“THIS PROGRAM IS MY FAVORITE”.。 字符 A B C D E F G H I J K L M 频数 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 频数 57 63 15 1 48 51 80 23 8 18 1 1 6 1 二、实验目的 树型结构是一种应用极为广泛的非线性数据结构,也是本课程的重点内容,哈夫曼树(最优二叉树)是树型结构的典型应用,本次实验突出了数据结构加操作的程序设计观点,希望能根据树型结构的非线性特点,熟悉各种存储结构的特性,达到如何应用树型结构的非线性特点,熟悉各种存储结构的特性,达到如何应用树型结构解决具体问题的目的. 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。 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 实验二二叉树的遍历及霍夫曼编码 班级：计科1101班 学号：0909101605 姓名：杜茂鹏 2013年5月22日 一、实验目的 掌握二叉树的建立及遍历操作，霍夫曼编码基本操作及存储结构表示 二、实验内容 1. 系统要求包含以下功能 1）初始化：从终端读入字符集大小n，以及n个字符和n个权值（或者读入字符集和频度数据文件），建立哈夫曼树，并将哈夫曼树存入到文件HfmTree 中。 2）编码：利用已建好的哈夫曼树（如果不在内存中，则从文件中读入），从文件ToBeTran中读入原文，对原文进行编码，将编码后的结果存入文件CodeFile 中。 3）译码：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）打印：打印输出哈夫曼树，显示ToBeTran, TextFile和CodeFile文件的内容。 三、实验要求 1．在上机前写出全部源程序； 2．能在机器上正确运行程序； 3．用户界面友好。 四、概要设计 1）首先动态分配数组存储霍夫曼树及存储霍夫曼编码表，然后从终端或文件读入霍夫曼树的字符变量及其频度，初始化建立霍夫曼树并将其写入文件HfmTree.txt中。 2）从指定的文件succe.txt中读入原文，利用已经编好的霍夫曼树对其编码，将编码结果写入文件Coding.txt保存。 3）利用已建好的哈夫曼树将文件Coding.txt中的代码进行译码，结果存入文件decoding.txt中。 五、测试数据： 2．原文内容“THIS IS MY PROGRAM” 六、详细设计 实验内容(原理、操作步骤、程序代码) //建立霍夫曼树，对原文进行编码、译码 #include 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。 一、需求分析 1、本演示程序实现Haffman编/译码器的作用，目的是为信息收发站提供一个编/译系统， 从而使信息收发站利用Haffman编码进行通讯，力求达到提高信道利用率，缩短时间，降低成本等目标。系统要实现的两个基本功能就是：①对需要传送的数据预先编码； ②对从接收端接收的数据进行译码； 2、本演示程序需要在终端上读入n个字符（字符型）及其权值（整形），用于建立Huffman 树,存储在文件hfmanTree.txt中；如果用户觉得不够清晰还可以打印以凹入表形式显示的Huffman树； 3、本演示程序根据建好的Huffman树，对文件的文本进行编码，结果存入文件CodeFile 中；然后利用建好的Huffman树将文件CodeFile中的代码进行译码，结果存入文件TextFile中；最后在屏幕上显示代码（每行50个），同时显示对CodeFile中代码翻译后的结果； 4、本演示程序将综合使用C++和C语言； 5、测试数据： (1)教材例6-2中数据：8个字符，概率分别是0.05，0.29，0.07，0.08，0.14，0.23，0.03， 0.11，可将其的权值看为5，29，7，8，14，23，3，11 (2)用下表给出的字符集和频度的实际统计数据建立Haffman树，并实现以下报文的编码和 一、概要设计 1、设定哈夫曼树的抽象数据类型定义 ADT Huffmantree{ 数据对象：D={a i| a i∈Charset,i=1,2,3,……n,n≥0} 数据关系：R1＝{< a i-1, a i >| a i-1, a i∈D, i=2,3,……n} 基本操作： Initialization(&HT，&HC,w，n,ch) 操作结果：根据n个字符及其它们的权值w[i],建立Huffman树HT,用字符数组ch[i]作为中间存储变量，最后字符编码存到HC中； Encodeing(n) 操作结果：根据建好的Huffman树，对文件进行编码，编码结果存入到文件CodeFile 中 Decodeing(HT,n) 操作结果：根据已经编译好的包含n个字符的Huffman树HT，将文件的代码进行翻译，结果存入文件TextFile中 } ADT Huffmantree 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。 #include 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 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 Abstract This is a date that information speeding highly development and transmit 哈夫曼树实验报告 Company number：【0089WT-8898YT-W8CCB-BUUT-202108】 计算机科学与技术学院数据结构实验报告 班级 2014级计算机1班学号姓名张建华成绩 实验项目简单哈夫曼编/译码的设计与实现实验日期一、实验目的 本实验的目的是进一步理解哈夫曼树的逻辑结构和存储结构，进一步提高使用理论知识指导解决实际问题的能力。 二、实验问题描述 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，此实验即设计这样的一个简单编/码系统。系统应该具有如下的几个功能： 1、接收原始数据。 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，并将它存于文件中。 2、编码。 利用已建好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件中读入），对文件中的正文进行编码，然后将结果存入文件中。 3、译码。 利用已建好的哈夫曼树将文件中的代码进行译码，结果存入文件中。 4、打印编码规则。 即字符与编码的一一对应关系。 5、打印哈夫曼树， 将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式显示在终端上。 三、实验步骤 1、实验问题分析 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： Typedef strcut { Int weight；/*结点权值*/ Int parent； Int lchild； Int rchild； }HNodeType； 2、求哈夫曼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，没回退一步，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 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 电子科技大学 实验报告 课程名称：数据结构与算法 学生姓名：陈*浩 学号：************* 点名序号： *** 指导教师：钱** 实验地点：基础实验大楼 实验时间： 2014-2015-2学期 信息与软件工程学院 实验报告(二) 学生姓名：陈**浩学号：*************指导教师：钱** 实验地点：科研教学楼A508实验时间：一、实验室名称：软件实验室 二、实验项目名称：数据结构与算法—树 三、实验学时：4 四、实验原理： 霍夫曼编码（Huffman Coding）是一种编码方式，是一种用于无损数据压缩的熵编码（权编码）算法。1952年，David A. Huffman在麻省理工攻读博士时所发明的。 在计算机数据处理中，霍夫曼编码使用变长编码表对源符号（如文件中的一个字母）进行编码，其中变长编码表是通过一种评估来源符号出现机率的方法得到的，出现机率高的字母使用较短的编码，反之出现机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长度、期望值降低，从而达到无损压缩数据的目的。 例如，在英文中，e的出现机率最高，而z的出现概率则最低。当利用霍夫曼编码对一篇英文进行压缩时，e极有可能用一个比特来表示，而z则可能花去25个比特（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个比特。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，就可以大幅度提高无损压缩的比例。 霍夫曼树又称最优二叉树，是一种带权路径长度最短的二叉树。所谓树的带权路径长度，就是树中所有的叶结点的权值乘上其到根结点的路径长度（若根结点为0层，叶结点到根结点的路径长度为叶结点的层数）。树的路径长度是从树根到每一结点的路径长度之和，记为WPL=(W1*L1+W2*L2+W3*L3+...+Wn*Ln)，N个权值Wi（i=1,2,...n）构成一棵有N个叶结点的二叉树，相应的叶结点的路径长度为Li（i=1,2,...n）。 可以证明霍夫曼树的WPL是最小的。 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。 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 哈夫曼树实验报告 需求分析： 从终端读入一串字符，利用建立好的哈夫曼树对其进行编码，储存到文件当中去，然后从文件读入哈夫曼编码，针对每个字母对其进行译码，翻译为原来的信息。 二、概要设计 程序分为以下几个模块： 1、从终端读入字符集大小，n个字符和n个权值，建立哈夫曼树，写入文件hfmTree中去。 2、对hfmTree进行编码，建立hfm编码表。 3、从文件ToTran读入信息，根据hfm编码表对其进行hfm编码，将编码后的信息写入文件Codefile 中去 4、对Codefile文件反向译码，结果储存在Textfile中去。 5、将建立的hfmTree打印在终端上，并储存于相应的Treeprint文件中去。 抽象的数据定义如下： 哈夫曼树结构 typedef struct //定义哈夫曼树的结构 { int weight; //权值 int parent; //双亲 int lchild; //左孩子 int rchild; //右孩子 }htnode,huffmantree[M+1]; 建立哈夫曼树 void crthuffmantree(huffmantree ht,int w[],int n) //初始化哈夫曼树 { int i,s1,s2,m; for(i=1;i<=n;i++) { ht[i].weight=w[i]; ht[i].parent=0; ht[i].lchild=0; ht[i].rchild=0; } m=2*n-1; for(i=n+1;i<=m;i++) { ht[i].weight=0; ht[i].parent=0; ht[i].lchild=0; ht[i].rchild=0; } for(i=n+1;i<=m;i++) { select(ht,i-1,&s1,&s2); ht[i].weight=ht[s1].weight+ht[s2].weight; ht[s1].parent=i;哈夫曼树的编码与译码
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