数据结构课程设计报告哈夫曼树.docx
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数据结构课程设计报告哈夫曼树.docx
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数据结构课程设计报告哈夫曼树
课程设计
课程设计名称:
数据构造课程设计
专业班级:
学生姓名:
学号:
指导教师:
磊
课程设计时间:
2015.7.06—2015.7.10
计算机类专业课程设计任务书
学生
专业班级
学号
题目
哈夫曼树编/译码系统
课题性质
A
课题来源
D
指导教师
磊
同组
无
主要容
1.学习掌握并熟练运用C语言进展程序设计,
2.针对具体应用问题,选择、设计和实现适宜的抽象数据类型;
3.进展整体设计使各个函数之间严密联系起来;
任务要求
1.综合运用和融化所学理论知识,提高分析和解决实际问题的能力,到达培养良好程序设计能力和习惯的目的,为开发满足问题要求的小型应用软件奠定根底,到达软件工程的综合性根底训练的目的。
2.完成需求分析报告,报告中对关键局部给出图表说明。
要求格式规,工作量饱满。
参考文献
?
C语言程序设计?
〔第三版〕谭浩强清华大学
?
CPrimerPlus?
(第5版)Stephen prata人民邮电
审查意见
指导教师签字:
教研室主任签字:
年月日
1需求分析
1.1系统介绍
利用Huffman编码进展通信可以大大提高信道利用率.缩短信息传输时间,降低传输本钱,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展译码〔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。
此程序就是为这样的信息收发站写一个Huffman码的编/译码系统。
1.2程序的输入和输出
从终端读入字符集大小n,以及n个字符及各个字符的权值,建立赫夫曼树,并将它存储到文件hfmTree中;利用已建好的赫夫曼树将文件中的字符编码,如果赫夫曼树不在存中,那么从文件hfmTree中读取到存;将译得的代码存到文件CodeFile中;利用已建好的赫夫曼树对CodeFile中的代码进展译码,将结果存入文件TextFile中;最后将已在存中的哈夫曼树以直观的方式〔树或凹入表形式〕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。
1.3程序要到达的功能
用户可以利用菜单根据自己的需要来选择要进展编码或是译码,并将转换好的字符或编码以文件的形式存到相应的文件里面。
1.4调试过程介绍
〔l〕利用教材中的数据调试程序。
〔2〕用下表给出的字符集和频度的实际统计数据建立哈夫曼树,并实现以下报文的编码和译码:
"THISPROGRAMISMYFAVORITE"。
字符
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
L
M
N
O
P
Q
R
S
T
U
V
W
X
Y
Z
频度
186
64
13
22
32
103
21
15
47
57
1
5
32
20
57
63
15
1
48
51
80
23
8
18
1
16
1
选择2,输入THISPROGRAMISMYFAVORITE,屏幕上显示01010
同时文件codefile里面也出现相应的代码
选择3,从codefile中调入代码,终端显示THISPROGRAMISMYFAVORITE,并且文件textfile中也相应的存入了这段话。
选择4,文件CodeFile以紧凑格式显示在终端上。
选择5,将已在存中的哈夫曼树以直观的方式〔树或凹入表形式〕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。
选择其他的数字,将出现出错提示,并重新回到选择菜单。
2概要设计
2.1数据构造设计
InitHuffman(HuffmanHfm);//初始化哈夫曼树
Encoding(HuffmanHfm);//翻译短文
Decoding(HuffmanHfm);//反译编码
Print1(HuffmanHfm);//打印文件编码
Print2(HuffmanHfm);//打印哈夫曼树
typedefchar**HuffmanCode;//动态分配数组存储霍夫曼表码表
typedefstruct{
unsignedintweight;
unsignedintparent,lchild,rchild;
}HTNode,*HuffmanTree;//动态分配数组存储霍夫曼树
typedefstruct{
HuffmanTreeHT;
char*c;
intlength;
HuffmanCodeHC;
}Huffman;//分配数组存储字符串及其对应的霍夫曼树
HuffmanHfm;
2.2系统模块设计
3详细设计
#include
#include
#include
#include
#defineNULL0
#defineOK1
#defineERROR0
#defineOVERFLOW-2
#defineMAX_NUM32767
#defineMAX60
typedefchar**HuffmanCode;//动态分配数组存储哈夫曼表码表
typedefstruct{
unsignedintweight;
unsignedintparent,lchild,rchild;
}HTNode,*HuffmanTree;//动态分配数组存储哈夫曼树
typedefstruct{
HuffmanTreeHT;
char*c;
intlength;
HuffmanCodeHC;
}Huffman;//全局构造体变量,来存储字符与代码
/*------------------------------------------寻找权值最小的两个节点-------------------------------------*/
voidSelect(HuffmanTreeHT,intend,int*s1,int*s2)
{
inti;
intmin1=MAX_NUM;
intmin2;
for(i=1;i<=end;i++)/*遍历查找权值最小的结点S1*/
{
if(HT[i].parent==0&&HT[i].weight { *s1=i; min1=HT[i].weight; } } min2=MAX_NUM; for(i=1;i<=end;i++)/*遍历查找除S1外权值最小的结点S2*/ { if(HT[i].parent==0&&(*s1! =i)&&min2>HT[i].weight) { *s2=i; min2=HT[i].weight; } } } /*------------------------------------对哈夫曼树进展编码-------------------------------------*/ HuffmanHuffmanCoding(HuffmanHfm) { inti,n,m,s1,s2,start; intc,f; char*cd; n=Hfm.length; if(n<=1)returnHfm; m=2*n-1; for(i=n+1;i<=m;++i)/*选择HT[1....i-1]中无双亲且权值最小的两个节点,其序号为s1,s2*/ { Select(Hfm.HT,i-1,&s1,&s2); Hfm.HT[s1].parent=i;/*修改父亲位置*/ Hfm.HT[s2].parent=i; Hfm.HT[i].lchild=s1;/*修改孩子位置*/ Hfm.HT[i].rchild=s2; Hfm.HT[i].weight=Hfm.HT[s1].weight+Hfm.HT[s2].weight;/*父亲结点权值为左右孩子权值之和*/ } /*从叶子结点到根逆向求每个字符的哈夫曼编码*/ Hfm.HC=(HuffmanCode)malloc((n+1)*sizeof(char*));/*分配n个字符编码的头指针向量*/ cd=(char*)malloc(n*sizeof(char));/*分配求编码的工作空间*/ cd[n-1]='\0';/*编码完毕符*/ for(i=1;i<=n;++i)/*逐个字符求哈夫曼编码*/ { start=n-1;/*编码完毕符位置*/ for(c=i,f=Hfm.HT[i].parent;f! =0;c=f,f=Hfm.HT[f].parent)/*从叶子到根逆向求编码*/ { if(c==Hfm.HT[f].lchild)cd[--start]='0'; elsecd[--start]='1'; } Hfm.HC[i]=(char*)malloc((n-start)*sizeof(char)); strcpy(Hfm.HC[i],&cd[start]);/*从cd复制编码到Hfm.HC*/ } free(cd); returnHfm; } /*------------------------------------录入数据函数-------------------------------------*/ HuffmanInputHuffman(HuffmanHfm) { inti,n; printf("\n\n********************录入数据*********************\n"); printf("录入的字符及其权值将保存于: \hfmTree\\n"); printf("请输入录入字符个数: "); scanf("%d",&n); if(n<=1) {printf("只有一个字符无需编码"); printf("\n"); printf("请输入录入字符个数: "); scanf("%d",&n);} Hfm.HT=(HuffmanTree)malloc((2*n)*sizeof(HTNode)); Hfm.c=(char*)malloc((n+1)*sizeof(char)); for(i=1;i<=n;i++) { printf("请输入字符: "); scanf("%s",&Hfm.c[i]); printf("请输入字符权值: "); scanf("%d",&Hfm.HT[i].weight); Hfm.HT[i].parent=0; Hfm.HT[i].lchild=0; Hfm.HT[i].rchild=0; } for(;i<=2*n-1;++i) { Hfm.HT[i].weight=0; Hfm.HT[i].parent=0; Hfm.HT[i].lchild=0; Hfm.HT[i].rchild=0; } Hfm.length=n; returnHfm; } /*------------------------------------初始化哈夫曼树-------------------------------------*/ HuffmanInitHuffman(HuffmanHfm) { intn,i; charx; FILE*fp; fp=fopen("hfmTree","rt");/*对文件hfmTree以读文本的形式翻开*/ if(fp==NULL) { Hfm=InputHuffman(Hfm);/*调用InputHuffman函数,用户输入字符和相应权值存入哈夫曼数中*/ fp=fopen("hfmTree","wt"); fprintf(fp,"%d\n",Hfm.length); for(i=1;i<=Hfm.length;i++) fprintf(fp,"%c%d",Hfm.c[i],Hfm.HT[i].weight); rewind(fp); } else {printf("哈夫曼树已经存在! \n你是否需要重新初始化哈夫曼树? ('Y'or'N')\n");/*询问是否重新初始化*/ printf("请输入选择: "); scanf("%s",&x); if(x=='Y') {Hfm=InputHuffman(Hfm);/*调用InputHuffman函数,用户输入字符和相应权值存入哈弗曼数中*/ fp=fopen("hfmTree","w+"); fprintf(fp,"%d\n",Hfm.length); for(i=1;i<=Hfm.length;i++) fprintf(fp,"%c%d",Hfm.c[i],Hfm.HT[i].weight); rewind(fp); } else {fscanf(fp,"%d\n",&n); Hfm.c=(char*)malloc((n+1)*sizeof(char)); Hfm.HT=(HuffmanTree)malloc((2*n)*sizeof(HTNode)); for(i=1;i<=n;i++) fscanf(fp,"%s%d",&Hfm.c[i],&Hfm.HT[i].weight);/*将已经在文件中的字符和其对应的权重输入到Hfm.c[i]和&Hfm.HT[i].weight中*/ for(i=1;i<=n;i++)/*对每个节点初始化*/ { Hfm.HT[i].parent=0; Hfm.HT[i].lchild=0; Hfm.HT[i].rchild=0; } for(;i<=2*n-1;++i) { Hfm.HT[i].weight=0; Hfm.HT[i].parent=0; Hfm.HT[i].lchild=0; Hfm.HT[i].rchild=0; } Hfm.length=n; } } fclose(fp); Hfm=HuffmanCoding(Hfm); returnHfm; } /*------------------------------------翻译短文-------------------------------------*/ voidEncoding(HuffmanHfm)/*利用已建好的Huffman树(如不在存,那么从文件hfmTree中读入)对文件ToBeTran中的正文进展编码,然后将结果存入文件CodeFile中。 */ { inti=0,j=0,n; charch[MAX]; FILE*fp,*fw; n=Hfm.length; printf("\n\n*******************翻译短文**************************\n\n"); if((fw=fopen("ToBeTran","r+"))==NULL)/*尝试翻开ToBeTran*/ { printf("\n请输入需要翻译成编码的短文: "); scanf("%s",ch); printf("\n"); fp=fopen("CodeFile","wt+"); } else { fscanf(fw,"%s",ch); fclose(fw); } while(ch[j]) { for(i=1;i<=n;i++) if(ch[j]==Hfm.c[i]) { printf("%s",Hfm.HC[i]); fprintf(fp,"%s",Hfm.HC[i]); break; } j++; } printf("\n"); rewind(fp); fclose(fp); } /*------------------------------------反译编码-------------------------------------*/ voidDecoding(HuffmanHfm)/*利用已建好的Huffman树将文件CodeFile中的代码进展译码,结果存入文件TextFile中。 */ { HuffmanTreep; inti,n; intj=0; chard[500]; charx; FILE*fp; n=Hfm.length; printf("\n\n******************反译************************\n\n"); if((fp=fopen("CodeFile","r+"))==NULL) { printf("Pleaseinputthecode: "); scanf("%s",d); } else { printf("文件中已经有编码,是否需要更换编码? ('Y'or'N')\n"); printf("请输入选择: "); scanf("%s",&x); if(x=='Y') { printf("请输入需要反译的新编码: "); scanf("%s",d); } else { fscanf(fp,"%s",d);/*将文件中的字符输入到数组d中*/ fclose(fp); } } printf("\n反译后得到的短文为: "); fp=fopen("TextFile","wt+");/*以写入文件的形式翻开TextFile*/ while(d[j]) { p=&Hfm.HT[2*n-1]; while(p->lchild||p->rchild) { if(d[j]=='0') {i=p->lchild;p=&Hfm.HT[i];} else {i=p->rchild;p=&Hfm.HT[i];} j++; } printf("%c",Hfm.c[i]); fprintf(fp,"%c",Hfm.c[i]); } printf("\n"); fclose(fp); } /*------------------------------------打印文件编码-------------------------------------*/ voidPrint1(HuffmanHfm) { inti,n; intm=1; charch; FILE*fprint; n=Hfm.length; printf("\n\n******************打印文件编码****************\n\n"); fprint=fopen("CodeFile","rb"); while(feof(fprint)==0) { ch=fgetc(fprint); printf("%c",ch); m++; if(m%50==0) printf("\n"); } printf("\n"); fclose(fprint); } /*------------------------------------打印哈夫曼树-------------------------------------*/ voidPrint2(HuffmanHfm) { inti,n; n=Hfm.length; printf("\n\n******************打印哈夫曼树****************\n\n"); for(i=1;i<=n;i++) { printf("\n"); printf("Char: %c\t",Hfm.c[i]); printf("Weight: %d\t",Hfm.HT[i].weight); printf("parent: %d\t",Hfm.HT[i].parent); printf("lchild: %d\t",Hfm.HT[i].lchild); printf("rchild: %d\t",Hfm.HT[i].rchild); printf("Code: "); puts(Hfm.HC[i]); } printf("\n"); } /*------------------------------------主函数-------------------------------------*/ voidmain() { HuffmanHfm; chark; while (1) { printf("\n"); printf("〒〒〒〒〒欢送进入哈夫曼编/译码系统: 〒〒〒〒〒\n"); printf("★★★★★★★wele★★★★★★★\n"); printf("\t*【1】录入数据*\n"); printf("\t*【2】翻译短文*\n"); printf("\t*【3】反译编码*\n"); printf("\t*【4】打印文件编码*\n"); printf("\t*【5】打印哈夫曼树*\n"); printf("\t*【0】退出系统*\n"); printf("\n"); printf("请输入你的选择: "); scanf("%c",&k); system("cls"); switch(k) {case'1': Hfm=InitHuffman(Hfm);getchar();break; case'2': Encoding(Hfm);getchar();break; case'3': Decoding(Hfm);getchar();break; case'4': Print1(Hfm);getchar();break; case'5': Print2(Hfm);getchar();break; case'0': exit(0); default: printf("无效选项! 请重新输入\n");} } } 4系统演示 4.1主界面 4.2数据录入 4.3翻译短文 4.4反译编码 4.5打印文件编码 4.6打印哈夫曼树 5运行环境 1,软件环境: 操作系统: Windows98/XP/Windows7以上版本 2.硬件环境: 1,处理器: Intel166MX以上 2,存: 32MB 3: 硬盘空间: 2GB 2,开发工具和编程语言 Vc6.0; 用C语言编写; 6课程心得总结 我学习数据构造的时间也不短了,其中学习过程中或多或少有些遗漏的知
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