赫夫曼编码--数据结构课程设计.docx
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赫夫曼编码--数据结构课程设计.docx
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《 数据结构与算法 》课程设计
(2012/2013学年第一学期19周)
指导教师:
班级:
计算机科学与技术1班学号:
***********
姓名:
23
一、题目
《数据结构与算法》课程设计任务书
《数据结构与算法》是计算机专业重要的核心课程之一,在计算机专业的学习过程中占有非常重要的地位。
《数据结构与算法课程设计》就是要运用本课程以及到目前为止的有关课程中的知识和技术来解决实际问题。
特别是面临非数值计算类型的应用问题时,需要选择适当的数据结构,设计出满足一定时间和空间限制的有效算法。
本课程设计要求同学独立完成一个较为完整的应用需求分析。
并在设计和编写具有一定规模程序的过程中,深化对《数据结构与算法》课程中基本概念、理论和方法的理解;训练综合运用所学知识处理实际问题的能力,强化面向对象的程序设计理念;使自己的程序设计与调试水平有一个明显的提高。
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。
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:
(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码:
“THISPROGRAME 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)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。
二、需求分析
(1)I:
初始化(Initialization)。
根据给出的信息,构造一颗哈夫曼树,并得到每个字符对应的哈夫曼码,同时存入文件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。
(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CodePrin中。
(5)T:
打印赫夫曼树(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。
输入字符及权值
三、设计概要
1、总体流程图:
出
退
打印赫夫曼树
打印代码文件
码
译
码
编
建立哈夫曼树
哈夫曼树编码
2、建立哈夫曼树
建立哈夫曼树
建立哈夫曼树并把哈夫曼码写入hfmTree
结束
输出每个字符的哈夫曼码
判断
hfmTree中
Y:
通过hfmTree中的哈夫曼树进行编
N:
通过内存中的哈夫曼树进行编码
结束
将码值写入CodeFile
3、编码
因为可能事先已经运行过I:
建立哈夫曼树 操作,所以hfmTree可能已经存在每个字符的哈夫曼码。
编码
输入要编码的字符串
判断
hfmTree中
Y:
通过hfmTree中的哈夫曼码进行译
N:
通过内存中的哈夫曼码进行译码
结束
按每行50将代码输出在界面
4、译码
编码
从文件CodeFile读入要译的代码
结束
将译码写入Textfile
5、打印代码
打印代码
从文件CodeFile读入代码
1、建立哈夫曼树
四、详细设计
//-------------------------------------初始化--------------------------------------
intmin(HfmTeee&t,intx) //查找权值最小的树
{
intflag;
intk=999999999;
for(inti=1;i<=x;i++)
{
if(t[i].weight { k=t[i].weight;flag=i; } } t[flag].parent=1;returnflag; } voidFind(HfmTeee&H,intx,int*p1,int*p2) //查找权值最小的两棵树 { *p1=min(H,x); *p2=min(H,x);if(*p1>*p2) { intt=*p1; *p1=*p2; *p2=t; } } voidCreateHfmTree(HfmTeee&H,HuffCode&Code,intn) //构建哈夫曼树 { inti,start,c,f,m,w;intp1,p2; char*cd,z; if(n<=1){ //如果节点小于1,无法构造! return; } m=2*n-1;H=(HfmTeee)malloc((m+1)*sizeof(HtNode)); for(i=1;i<=n;++i) { printf("请输入第%d字符信息和权值: ",i);scanf("%c%d",&z,&w); while(getchar()! ='\n')continue; H[i].ch=z; H[i].weight=w; H[i].parent=0; H[i].lchild=0; H[i].rchild=0; } for(;i<=m;++i) { H[i].ch='0'; H[i].weight=0;H[i].parent=0;H[i].lchild=0;H[i].rchild=0; } for(i=n+1;i<=m;++i) { Find(H,i-1,&p1,&p2);H[p1].parent=i;H[p2].parent=i;H[i].lchild=p1;H[i].rchild=p2;H[i].weight=H[p1].weight+H[p2].weight; } Code=(HuffCode)malloc((n+1)*sizeof(char*));cd=(char*)malloc(n*sizeof(char)); cd[n-1]='\0'; for(i=1;i<=n;++i) //进行哈夫曼编码 { start=n-1;for(c=i,f=H[i].parent;f! =0;c=f,f=H[f].parent) { if(H[f].lchild==c)cd[--start]='0'; else cd[--start]='1'; } Code[i]=(char*)malloc((n-start)*sizeof(char));strcpy(Code[i],&cd[start]); } ofstreamoFile("hfmTree.txt",ios: : trunc|ios: : out); //以清空方式打开文件,并写入 if(! oFile) { cout<<"Cannotopenthefile! "< } oFile< { oFile< "< "< } oFile.close(); cout<<"赫夫曼树已经创建完毕,并且已经放入hfmTree.txt文件中! "< free(cd);ok=1; } 2、编码 //-------------------------------------编码-------------------------------------- voidEncoding(HfmTeeeH,HuffCodecode,intleaves) { charstr[100]; cout<<"请输入字符: "< gets(str); ofstreamoFile("ToBeTran.txt",ios: : out|ios: : app);if(! oFile) { cout<<"Cannotopenthefile! "< } oFile< ofstreamoFile1("CodeFile.txt",ios: : out|ios: : app);if(ok==0) { ifstreamiFile("hfmTree.txt",ios: : in);if(! iFile) { cout<<"对不起您未建哈夫曼树同时文件中也不存在! "< } charch,th,str1[20];iFile>>leaves; H=(HfmTeee)malloc((leaves+
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- 赫夫曼 编码 数据结构 课程设计