实验报告格式样例.docx

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实验报告格式样例

一、

二、

三、

四、实验题目：

哈夫曼编码实现文件压缩

五、实验目的：

1.了解文件的概念。

2.掌握线性链表的插入.删除等算法。

3.掌握Huffman的概念及构造方法。

4.掌握二叉树的存储结构及遍历算法。

5.利用Huffman树及Huffman编码，掌握实现文件压缩的一般原理。

三、实验设备与环境：

微型计算机·Windows系列的操作系统·VisualC++6.0软件

四、实验内容：

根据ascii码文件中各ascii字符出现的频率情况创建Huffman树，再将各字符对应的哈夫曼编码写入文件中，实现文件压缩。

五、概要设计：

此程序就是用MicrosoftVisualC++编写的。

根据ascii码文件中各ascii字符出现的频率情况创建Haffman树，再将各字符对应的哈夫曼编码写入文件中。

首先是对赫夫曼树进行定义，然后编写各个子函数，最后通过主函数对子函数的调用来实现程序的功能，其中用到了关于文本读入、挑选权值最小的字符、赫夫曼编码、建立赫夫曼树等的子函数。

通过读入的文本，对每个字符出现的次数进行统计，让后通过挑选函数，挑选权值最小的字符通过编码函数进行编码，然后把赫夫曼树的左右孩子分别赋值0、1；用这两个数字来表示各个字符，求出各个字符的二进制编码并把字符的二进制码存入文本中，便实现了压缩功能。

图见下页：

主要结构图如下：

读取输出

六、详细设计：

<1>赫夫曼树的结构体的定义，其中包括权值、父母、左右孩子及要编码的字符。

用这个结构体定义个赫夫曼数组。

定义如下：

structnode{

longweight;//权值

unsignedcharch;//字符

intparent,lchild,rchild;

charcode[256];//编码的位数最多为256位

intCodeLength;//编码长度

}hfmnode[512];

<2>读入文档，并计算其中出现的字符以及每个字符的权值，并统计文档中所有的字符个数：

printf（"请输入要压缩的文件名:

"）;

scanf（"%s",infile）;

ifp=fopen（infile,"rb"）;

if（ifp==NULL）

{

printf（"文件名输入错误，文件不存在!

\n"）;

return;

}

printf（"请输入目标文件名:

"）;

scanf（"%s",outfile）;

ofp=fopen（outfile,"wb"）;

if（ofp==NULL）

{

printf（"文件名输入错误，文件不存在!

\n"）;

return;

}

start1=clock（）;//开始计时1

//统计文件中字符的种类以及各类字符的个数

//先用字符的ASCII码值代替结点下标

FileLength=0;

while（!

feof（ifp））//用来统计读入的文件长度以及每个出现字符的权值

{

fread（&c,1,1,ifp）;//一个流中读取数据

hfmnode[c].weight++;

FileLength++;

}

<3>初始化赫夫曼树，计算赫夫曼树的节点数，把左右孩子，双亲指针都定义成—1:

for（i=0;i<256;i++）

if（hfmnode[i].weight!

=0）

{

hfmnode[i].ch=（unsignedchar）i;

n++;//叶子数

hfmnode[i].lchild=hfmnode[i].rchild=hfmnode[i].parent=-1;

}

m=2*n-1;//哈弗曼树结点总数

j=0;

for（i=0;i<256;i++）//去掉权值为0的结点

if（hfmnode[i].weight!

=0）

{

hfmnode[j]=hfmnode[i];

j++;

}

for（i=n;i

{

hfmnode[i].lchild=hfmnode[i].rchild=-1;

hfmnode[i].parent=-1;

<4>写select（）函数，用来挑选权值小的字符：

intselect（structnode*nodep,intpose）

{

inti;ints1;

longmin=2147483647;//s初值为long型的最大值

for（i=0;i<=pose;i++）

{

if（nodep[i].parent!

=-1）

continue;

if（nodep[i].weight

{

min=nodep[i].weight;

s1=i;

}

}

returns1;

}

<5>建立赫夫曼树：

for（i=n;i

{

s1=select（hfmnode,i-1）;

hfmnode[i].lchild=s1;

hfmnode[s1].parent=i;

s2=select（hfmnode,i-1）;

hfmnode[i].rchild=s2;

hfmnode[s2].parent=i;

hfmnode[i].weight=hfmnode[s1].weight+hfmnode[s2].weight;

}//编码

<6>利用子函数encode（），对赫夫曼树进行编码,做孩子为0，右孩子为1：

voidencode（structnode*nodep,intn）

{

//从叶子向根求每个字符的哈弗曼编码

intstart;

inti,f,c;

charcodes[256];

codes[n-1]='\0';//编码结束符

for（i=0;i

{

start=n-1;

for（c=i,f=nodep[i].parent;f!

=-1;c=f,f=nodep[f].parent）

{

start--;

if（nodep[f].lchild==c）

codes[start]='0';

elsecodes[start]='1';

}

strcpy（nodep[i].code,&codes[start]）;

nodep[i].CodeLength=strlen（nodep[i].code）;

}

}

<7>将各个字符的二进制码存入文本，因为存储时按照8位一个字节进行的存储，对于不足8为的用0补足8位，然后进行存储：

fseek（ifp,0,SEEK_SET）;//将ifp指针移到文件开头位置

fwrite（&FileLength,4,1,ofp）;//将FileLength写入目标文件的前4个字节的位置

fseek（ofp,8,SEEK_SET）;//再将目标文件指针ofp移到距文件开头8个字节位置

codes[0]=0;//将编码信息写入目标文件

while（!

feof（ifp））

{

fread（&c,1,1,ifp）;

filelength++;

for（i=0;i

if（c==hfmnode[i].ch）break;//ch必须也为unsigned型

strcat（codes,hfmnode[i].code）;

while（strlen（codes）>=8）

{

for（i=0;i<8;i++）//将codes的前8位01代码表示的字符存入c

{

if（codes[i]=='1'）

c=（c<<1）|1;

elsec=c<<1;

}

fwrite（&c,1,1,ofp）;//将新的字符写入目标文件

sumlength++;

strcpy（codes,codes+8）;//更新codes的值

}

if（filelength==FileLength）break;

}

//再将剩余的不足8位的01代码补全8位，继续写入

if（strlen（codes）>0）

{

strcat（codes,"00000000"）;

for（i=0;i<8;i++）

{

if（codes[i]=='1'）

c=（c<<1）|1;

elsec=c<<1;

}

fwrite（&c,1,1,ofp）;

sumlength++;

}

for（i=0;i

{

fwrite（&（hfmnode[i].ch）,1,1,ofp）;

c=hfmnode[i].CodeLength;//编码最长为256位，因此只需用一个字节存储

fwrite（&c,1,1,ofp）;//写入字符的编码

if（hfmnode[i].CodeLength%8!

=0）

for（j=hfmnode[i].CodeLength%8;j<8;j++）//把编码不足8位的在低位补0,赋值给C，再把C写入

strcat（hfmnode[i].code,"0"）;

while（hfmnode[i].code[0]!

=0）//开始存入编码，每8位二进制数存入一个字节

{

c=0;

for（j=0;j<8;j++）

{

if（hfmnode[i].code[j]=='1'）

c=（c<<1）|1;

elsec=c<<1;

}

strcpy（hfmnode[i].code,hfmnode[i].code+8）;//编码前移8位，继续存入编码

count++;//编码占的字节数的总值

fwrite（&c,1,1,ofp）;

}

}

printf（"\n"）;

printf（"源文件长度为：

%ld个字节\n",FileLength）;

sumlength=sumlength+4+n*2+count;//计算压缩后文件的长度

printf（"压缩后文件长度为：

%ld个字节\n",sumlength）;

rate=（float）sumlength/（float）FileLength;

printf（"压缩率（百分比）为：

%4.2f%%%\n",rate*100）;

fclose（ifp）;

fclose（ofp）;

return;

七、测试结果及分析：

试验结果：

首先运行程序，跳出菜单页面：

选择“压缩文件”，输入要压缩的文件，并且输入一个要将压缩后的文件存储的txt文档，会跳出选择是否查看压缩后的文件，选择“y”,进行查看：

从输出的结果上看，程序输出了每个叶子节点的权值，双亲，二进制编码，以及源文件长度和压缩后文件长度、压缩比等：

结果分析：

这个程序基本实现了对文本进行赫夫曼编码，但是存在一个缺陷，当文本不够长的时候，压缩后要比源文件还长，而利用大的文件进行压缩则会体现出他的优越性，如下面的试验结果：

（1）编程过程中遇到的难题：

（2）编程体会：