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赫夫曼编码课程设计
《数据结构与算法》课程设计
(2012/2013学年第二学期19周)
指导教师:
杨东鹤王敏丽
《数据结构与算法》课程设计
目录
一、题目1
二、实验目的1
三、需求分析1
四、概要设计2
五、详细设计3
六、调试分析12
1、输入八个字符和频率12
2、开始界面13
3、对文件ToBeTran.txt编码:
16
4、对文件Code.txt译码:
17
5、打印代码17
6、打印赫夫曼树18
7、退出20
七、实验心得与体会20
一、题目
利用哈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。
但是,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行译码。
对于双工信道(即可以双向传输信息的信道),每端都需要一个完成的编\译码系统。
试为这样的信息收发站写一个哈夫曼的编\译码系统。
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(Treeprinting)。
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。
二、实验目的
(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:
“THISPROGRAMEISMYFAVORITE”。
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
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。
三、需求分析
(1)在通信过程中,为了提高信道利用率,缩短信息传输时间降,低传输成本,需要一个编译码器。
(2)此哈夫曼编/译码器应具有编和译的双向功能,即在发送端通过编码系统对传入的数据进行编码,
在接受端将数据译码.将具有这两项功能的编译码器用于双工信道,就可满足双工信道的双向编译功能.
(3)输入某段报文时,系统将自动完成编译输出.
四、概要设计
本程序主要定义了6个函数:
voidInitialization();//初始化
voidHuffmanCoding(HuffmanTree&HT,HuffmanCode&HC,int*w,intn);//初始化时的编码函数
voidSelect(HuffmanTreeHT,intt,int&s1,int&s2);//选择函数,选择最小的2个权值
voidEncoding();//编码函数
voidDecoding();//译码函数
voidPrint();//编码的打印
voidTree_printing(HuffmanTreeHT,intw);//哈夫曼树的打印
1)分析哈夫曼树的定义
1.哈夫曼树节点的数据类型定义为:
typedefstruct
{
unsignedintweight;//结点权值
unsignedintparent,lchild,rchild;//结点的父指针,左右孩子指针
}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
2)所实现的功能函数如下
1、intmain()
主函数:
利用已建好的哈夫曼树(如不在内存,则从文件hfmTree.txt中读入)
对文件中的正文进行编码,然后将结果存入文件Codefile.txt中。
如果正文中没有要编码的字符,则键盘读入并存储到ToBeTran文件中。
读入ToBeTran中将要编码的内容,将编码好的哈夫曼编码存储到CodeFile中。
2、voidHuffmanCoding(HuffmanTree&HT,HuffmanCode&HC,int*w,intn)
初始化哈夫曼树,处理InputHuffman(HuffmanHfm)函数得到的数据,按照哈夫曼规则建立2叉树。
此函数块调用了Select()函数。
3、voidSelect(HuffmanTreeHT,intt,int&s1,int&s2);
Select函数,选出HT树到a为止,权值最小且parent为0的2个节点
4、Encoding
编码功能:
对输入字符进行编码
5、Decoding
译码功能:
利用已建好的哈夫曼树将文件Codefile.txt中的代码进行译码,结果存入文件textfile.dat中。
6、Print()
打印功能函数:
输出哈夫曼树,字符,权值,以及它对应的编码。
7、voidTree_printing(HuffmanTreeHT,intw)
打印赫夫曼树
系统结构图(功能模块图)
五、详细设计
#include
#include
#include
#include
#include
#include
usingnamespacestd;
typedefstruct
{doubleweight;//结点权值
unsignedintparent,lchild,rchild;//结点的父指针,左右孩子指针
}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
voidInitialization();//初始化
voidHuffmanCoding(HuffmanTree&HT,HuffmanCode&HC,int*w,intn);//初始化时的编码函数
voidSelect(HuffmanTreeHT,intt,int&s1,int&s2);//选择函数,选择最小的2个权值
voidEncoding();//编码
voidDecoding();//译码
voidPrint();//编码的打印
voidTree_printing(HuffmanTreeHT,intw);//哈夫曼树的打印
//全局变量
HuffmanTreeHT;//哈夫曼树HT
HuffmanCodeHC;//哈夫曼编码表HC
int*w;
inti,j,n;
char*z;
intflag=0;
intnumb=0;
voidInitialization()
{
flag=1;
intnum;
doublenum2;
cout<<"初始化"< cout<<"请输入字符的个数n"< cin>>num; n=num; w=(int*)malloc(n*sizeof(int)); z=(char*)malloc(n*sizeof(char)); cout<<"请依次输入字符: "< charbase[2]; getchar(); for(i=0;i { cout<<"第"< "< gets(base);//由于要接受空格,cin函数不能区分空格和回车,所以改用gets *(z+i)=*base; } cout< cout<<"输入的字符为: "; for(i=0;i<=n-1;i++) { cout<<*(z+i); } cout< cout<<"请输入"< "< for(i=0;i<=n-1;i++) { cout<<"第"< "< cin>>num2; *(w+i)=num2; } cout< HuffmanCoding(HT,HC,w,n); //存入文件hfmTree中 cout<<"inputfile"< ofstreamoutfile("htmTree.txt",ios: : out); if(! outfile) { cerr<<"openerror! "< exit (1); } for(i=0;i outfile<<*(z+i)<<""; outfile< for(i=0;i outfile<<*(w+i)<<""; outfile< for(i=1;i<=n;i++) outfile< outfile< outfile.close(); cout<<"字符与对应编码已写入文件htmTree.txt中"< cout< } //--------------算法6.12-------------------------- voidHuffmanCoding(HuffmanTree&HT,HuffmanCode&HC,int*w,intn) { //w存放n个字符的权值(均>0),构造赫夫曼树HT,并求出n个字符的赫夫曼编码HC intm,i,s1,s2,start; intc,f; HuffmanTreep; char*cd; if(n<=1)
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