Huffman编码的设计与应用实验.docx

Huffman编码的设计与应用实验.docx

《Huffman编码的设计与应用实验.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《Huffman编码的设计与应用实验.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

Huffman编码的设计与应用实验

深圳大学实验报告

课程名称：

数据结构实验与课程设计

实验项目名称：

Huffman编码的设计与应用实验

学院：

计算机与软件学院

专业：

软件工程

指导教师：

杨芳

报告人：

赖跃辉学号：

2013150367班级：

8

实验时间：

2013-10-23

实验报告提交时间：

10-23

教务处制

一、实验目的

1、理解树、二叉树的链式存储结构（三叉链表）

2、掌握Huffman树的生成算法

3、掌握运用Huffman树，生成对应字符的Huffman编码算法

4、掌握运用字符的Huffman编码，将一个字符串编码成一串Huffman编码序列方法

5、掌握利用Huffman树（编码），对一串Huffman编码序列进行解码的方法

二、实验要求

熟悉C++语言编程

熟练使用C++语言，实现Huffman编码和解（译）码算法

三、实验内容

本次实验有两项内容：

（一）Huffman编码的设计与应用

1、问题描述

给定n个字符及其对应的权值，构造Huffman树，并进行huffman编码和译（解）码。

构造Huffman树时，要求左子树根的权值小于右子树根的权值。

进行Huffman编码时，假定Huffman树的左分支上编码为‘0’，右分支上编码为‘1’。

2、算法

构造Huffman树算法：

⑴、根据给定的n个权值（w1,w2,…,wn）构成n棵二叉树的集合F={T1,T2,…,Tn}，其中每棵二叉树Ti中只有一个权值为wi的根结点

⑵、在F中选取两棵根结点的权值最小的树，作为左、右子树构造一棵新的二叉树，且置其根结点的权值为其左、右子树权值之和

⑶、在F中删除这两棵树，同时将新得到的二叉树加入F中

⑷、重复⑵,⑶，直到F只含一棵树为止

Huffman编码算法：

⑴、从Huffman树的每一个叶子结点开始

⑵、依次沿结点到根的路径，判断该结点是父亲结点的左孩子还是右孩子，如果是左孩子则得到编码‘0’，否则得到编码‘1’，先得到的编码放在后面

⑶、直到到达根结点，编码序列即为该叶子结点对应的Huffman编码

Huffman译（解）码算法：

⑴、指针指向Huffman树的根结点，取第一个Huffman码

⑵、如果Huffman码为‘0’，将指针指向当前结点的左子树的根结点；如果Huffman码为‘1’，将指针指向当前结点的右子树的根结点

⑶、如果指针指向的当前结点为叶子结点，则输出叶子结点对应的字符；否则，取下一个Huffman码，并返回⑵

⑷、如果Huffman码序列未结束，则返回⑴继续译码

3、输入

第一行：

样本字符个数，假设为n。

第二行，n个字符（用空格隔开）

第三行，n个字符对应的权值（用空格隔开）

第四行，待编码的字符串

第五行，待译码的Huffman码序列

4、输入样本

4

abcd

9326

abcd

111001010

5、输出

第一行，每个字符对应的Huffman编码（用空格隔开）

第二行，字符串对应的Huffman编码序列

第三行，Huffman码序列对应的字符串

6、输出样本

010110011

010110011

Dcba

四、程序清单

#include

#include

usingnamespacestd;

constintN=100;

structhuffmantree{

charc;

unsignedintweight;

unsignedintlson,rson,parent;

charcode[10];

};huffmantreeHT[N];

voidSelect（intn,int*s1,int*s2）

{

unsignedinti,s;

s=0;

for（i=1;i<=n;i++）//从第1位开始，

if（HT[i].parent==0）

{

if（s==0）s=i;

if（HT[s].weight>HT[i].weight）s=i;//如果比HT[s].weights换值

}

*s1=s;

s=0;

for（i=1;i<=n;i++）

if（HT[i].parent==0&&i!

=*s1）//从第1位开始，

{

if（s==0）s=i;

if（HT[s].weight>HT[i].weight）s=i;//如果比HT[s].weights换值

}

*s2=s;

}//选择n之前最少的的两个没有操作过的数字

voidcreatetree（int*w,char*c,intn）

{

if（n<=1）return;

intm=2*n-1,i;//构建2*n-1个数

for（i=1;i<=n;i++）

{

HT[i].c=c[i-1];

HT[i].weight=w[i-1];

HT[i].lson=0;

HT[i].rson=0;

HT[i].parent=0;

}//初始化HT[i],先弄好前n位

while（i<=m）

{

HT[i].weight=0;

HT[i].lson=0;

HT[i].rson=0;

HT[i].parent=0;

i++;

}//初始化HT[i],弄n往后到m的数所有的都为0

for（i=n+1;i<=m;i++）

{

ints1,s2;

Select（i-1,&s1,&s2）;//选择从第1到i-1位最小的两位数

HT[s1].parent=i;

HT[s2].parent=i;//构建第s1和s2位的父母

HT[i].lson=s1;

HT[i].rson=s2;

HT[i].weight=HT[s1].weight+HT[s2].weight;//构建第i位的孩子和权值

}

}

voidhuffmancoding（intn）

{

inti,j,k,f,c,start;

intm=10;

charcd[10];

cd[9]='\0';

for（i=1;i<=n;i++）//从第一位开始到第n位

{

start=m-1;

for（c=i,f=HT[i].parent;f!

=0;c=f,f=HT[f].parent）//从第节点i,沿着父母找到根

{

if（HT[f].lson==c）{cd[--start]='0';}

else{cd[--start]='1';}//逆着赋值

}

for（j=0;j

HT[i].code[j]='\0';

}

}

intshowcode（intn,char*str）

{

inti,c,root;

root=2*n-1;

c=root;

for（i=0;i

{

if（HT[c].lson==0&&HT[c].rson==0）//如果节点没有孩子，这肯定是有效的字符

{

cout<

c=root;//输出，又从头开始比较

}

if（str[i]=='0'）{if（HT[c].lson==0）return0;c=HT[c].lson;}

else{if（HT[c].rson==0）return0;c=HT[c].rson;}//c沿着孩子的路走下去

}

cout<

return1;

}

intmain（）

{

intn,w[N],i;

charc[N],str1[N],str2[N];

//freopen（"cin.txt","r",stdin）;

cin>>n;

for（i=0;i

cin>>c[i];

for（i=0;i

cin>>w[i];//对应输入字母和权值

createtree（w,c,n）;

huffmancoding（n）;//调用函数

for（i=1;i

cout<

cout<

cin>>str1;

for（intj=0;j

{

for（i=1;i<=n;i++）

if（HT[i].c==str1[j]）

{

cout<

break;

}

}//匹配每个字母，输出其对应的编码

cout<

cin>>str2;

showcode（n,str2）;//调用函数

return0;

}

五、程序运行时截图

六、实验心得与体会（实验中遇到的问题及解决方案，或写点感想）

这次的作业，稍微比上几次都要难，程序里面细节真的很重要，并且现在的这个程序，一定要分块来写才比较好写，如果没有很好的分块，程序实现起来很难操作。

分好后，就要对每个块要认真考虑其中的细节，还有稍微错一个块，解决它还是比较轻松的，但是还是应该要多点写这个算法，把里面容易出错的地方一次一次发现。

指导教师批阅意见：

成绩评定：

指导教师签字：

年月日

备注：

注：

1、报告内的项目或内容设置，可根据实际情况加以调整和补充。

2、教师批改学生实验报告时间应在学生提交实验报告时间后10日内。