哈夫曼编码实验报告.docx
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哈夫曼编码实验报告.docx
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哈夫曼编码实验报告
哈夫曼编码实验报告
实验一哈夫曼编码
一、实验目的
1、掌握哈夫曼编码原理;
2、熟练掌握哈夫曼树的生成方法;
3、理解数据编码压缩和译码输出编码的实现。
二、实验要求
实现哈夫曼编码和译码的生成算法。
三、实验内容
先统计要压缩编码的文件中的字符字母出现的次数,按字符字母和空格出现的概率对其进行哈夫曼编码,然后读入要编码的文件,编码后存入另一个文件;接着再调出编码后的文件,并对其进行译码输出,最后存入另一个文件中。
五、实验原理
1、哈夫曼树的定义:
假设有n个权值,试构造一颗有n个叶子节点的二叉树,每个叶子带权值为wi,其中树带权路径最小的二叉树成为哈夫曼树或者最优二叉树;
2、哈夫曼树的构造:
weight为输入的频率数组,把其中的值赋给依次建立的HTNode对象中的data属性,即每一个HTNode对应一个输入的频率。
然后根据data属性按从小到大顺序排序,每次从data取出两个最小和此次小的HTNode,将他们的data相加,构造出新的HTNode作为他们的父节点,指针parent,leftchild,rightchild赋相应值。
在把这个新的节点插入最小堆。
按此步骤可以构造构造出一棵哈夫曼树。
通过已经构造出的哈夫曼树,自底向上,由频率节点开始向上寻找parent,直到parent为树的顶点为止。
这样,根据每次向上搜索后,原节点为父节点的左孩子还是右孩子,来记录1或0,这样,每个频率都会有一个01编码与之唯一对应,并且任何编码没有前部分是同其他完整编码一样的。
六、实验流程
1 初始化,统计文本文件中各字符的个数作为权值,生成哈夫曼树;
2 根据符号概率的大小按由大到小顺序对符号进行排序;
3 把概率最小的两个符号组成一个节点;
4 重复步骤
(2)(3),直到概率和为1;
5 从根节点开始到相应于每个符号的“树叶”,概率大的标“0”,概率小的标“1”;
6 从根节点开始,对符号进行编码;
7 译码时流程逆向进行,从文件中读出哈夫曼树,并利用哈夫曼树将编码序列解码。
七、实验程序
#include
#include
#include
#include
usingnamespacestd;
typedefstruct//节点结构
{
chardata;//记录字符值
longintweight;//记录字符权重
unsignedintparent,lchild,rchild;
}HTNode,*HuffmanTree;//动态分配数组存储哈夫曼树
typedefchar**HuffmanCode;//动态分配数组存储哈夫曼编码表
voidSelect(HuffmanTree&HT,inti,int&s1,int&s2)//在HT[1...t]中选择parent不为0且权值最小的两个结点,其序号分别为s1和s2
{
s1=0;s2=0;
intn1=30000,n2=30000;
for(intk=1;k<=i;k++)
{
if(HT[k].parent==0)
{
if(HT[k].weight { n2=n1;n1=HT[k].weight; s2=s1;s1=k; } else if(HT[k].weight { n2=HT[k].weight; s2=k; } } } } voidHuffmanCoding(HuffmanTree&HT,HuffmanCode&HC,intn)//将要编码的字符串存入空树中 { ifstreamfin1("zifu.txt"); ifstreamfin2("weight.txt"); if(n<=1)return; intm=2*n-1; inti; HT=newHTNode[m+1]; char*zifu; int*weight; zifu=newchar[n+1]; weight=newint[n+1]; for(i=1;i<=n;i++)//将待编码的字符放在zifu数组中 { charch; ch=fin1.get(); zifu[i]=ch; } for(i=1;i<=n;i++)//将带编码字符对应的权值放在weight数组中 { fin2>>weight[i]; } for(i=1;i<=n;i++) { HT[i].data=zifu[i]; HT[i].weight=weight[i]; } for(i=n+1;i<=m;i++) { HT[i].data='@'; } for(i=1;i<=m;i++) { HT[i].parent=HT[i].lchild=HT[i].rchild=0; } for(i=n+1;i<=m;++i) { ints1,s2; Select(HT,i-1,s1,s2); 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*));开辟一个求编码的工作空间 char*cd; cd=(char*)malloc(n*sizeof(char));//开辟空间存放权值 cd[n-1]='\0'; for(i=1;i<=n;i++) { intstart=n-1; intc,f; for(c=i,f=HT[i].parent;f! =0;c=f,f=HT[f].parent)//从叶子到根逆向求编码 { if(HT[f].lchild==c) cd[--start]='0';//若是左孩子编为'0' else cd[--start]='1';//若是右孩子编为'1' } HC[i]=(char*)malloc((n-start)*sizeof(char));//为第i个编码分配空间 strcpy(HC[i],&cd[start]); } delete[]cd;//释放工作空间 } voidprintHuffmanTree(HuffmanTreeHT,intn)//显示有n个叶子结点的哈夫曼树的编码表 {ofstreamfout("hfmtree.txt");//将对应字符的的哈弗曼树存入 cout<<"NUM"<<""<<"data"<<""<<"weight"<<""<<"parent"<<""<<"lchild"<<""<<"rchlid"< for(inti=1;i<=2*n-1;i++) { fout< cout< } } voidprintHuffmanCoding(HuffmanTreeHT,HuffmanCodeHC,intn)//输出字符的对应哈弗曼编码并存入code.txt文件 { cout<<"Huffmancodeis: "< ofstreamfout("code.txt"); for(inti=1;i<=n;i++) { cout< cout<<(HC[i])< fout<<(HC[i])< } } voidcode_file(HuffmanTreeHT,HuffmanCodeHC,intn)//对文件tobetran.txt进行编码,并将编码存入codefile文件中 { ifstreamfin("tobetran.txt"); ofstreamfout("codefile.txt"); vector charch; while((ch=fin.get())! ='*') a.push_back(ch); cout<<"待编码的字符串为: ";
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