实验2 Huffman编码对英文文本的压缩和解压缩.docx
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实验2 Huffman编码对英文文本的压缩和解压缩.docx
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实验2Huffman编码对英文文本的压缩和解压缩
《信息论与编码》
实验报告
班级:
学号:
姓名:
完成时间:
2011年6月2日
实验2Huffman编码对英文文本的压缩和解压缩
一、实验内容
根据信源压缩编码——Huffman编码的原理,制作对英文文本进行压缩和解压缩的软件。
要求软件有简单的用户界面,软件能够对运行的状态生成报告,分别是:
字符频率统计报告、编码报告、压缩程度信息报告、码表存储空间报告。
二、实验环境
1.计算机
2.Windows2000或以上
3.MicrosoftOffice2000或以上
4.VC++6.0
5.MSDN6.0
三、实验目的
1.掌握Huffman编码的原理
2.掌握VC开发环境的使用(尤其是程序调试技巧)
3.掌握C语言编程(尤其是位运算和文件的操作)
4.掌握数据结构的内容:
链表、顺序表、堆栈、最优二叉树
5.掌握结构化程序分析和开发的软件工程原理
四、实验要求
1.提前预习实验,认真阅读实验原理。
2.认真高效的完成实验,实验过程中服从实验室管理人员以及实验指导老师的管理。
3.认真填写实验报告。
要求有实验问题、实验原理、Matlab的源程序以及实验结果(实验内容中)。
4.每个同学必须独立完成实验(不能抄袭,否则两人均为零分),实验成绩是该门课程成绩的主要依据。
五、实验原理
1.压缩/解压缩流程
压缩流程:
读取扫描文本文件——〉统计字符频率——〉生成码字——〉保存压缩文件
解压缩流程:
读取扫描压缩文件——〉提取字符频率——〉生成码树——〉保存文本文件
2.Huffman编码算法(略)
3.文件操作和位运算(略)
六、Huffman算法的8种不同实现方式
1.huffman_a使用链表结构生成Huffman树的算法,这是最基本的实现方法,效率最低。
2.huffman_b使用《数据结构》(严蔚敏,吴伟民,1997,C语言版)中给出的算法,将二叉树存放在连续空间里(静态链表),空间的每个结点内仍有左子树、右子树、双亲等指针。
3.huffman_c使用CanonicalHuffman编码,同时对huffman_b的存储结构进行改造,将二叉树存放在连续空间tree里,空间的每个结点类型都和结点权值的数据类型相同,空间大小为2*num,tree[0]未用,tree[1..num]是每个元素的权值,生成Huffman后,tree[1..2*num-1]中是双亲结点索引。
4.huffman_d在huffman_c的基础上,增加预先排序的功能先用QuickSort算法对所有元素的权值从小到大排序,这样,排序后最前面的两个元素就是最小的一对元素了。
我们可以直接将它们挑出来,组合成一个子树。
然后再子树的权值用折半插入法插到已排序的元素表中,保证所有结点有序。
为了保证初始元素的顺序不变,我们另外使用了一个索引数组,所有排序中的交换操作都是在索引数组中进行的。
5.huffman_e在huffman_d的基础上,将索引数组放在tree的内部。
为编码方便,将元素权值放在tree[num..2*num-1]处。
将tree[0..num-1]作为索引数组。
排序改为从大到小。
对索引数组排序后,每次从最后选出2个最小值,相加后的结点权值放在索引数组最后,结点索引放在索引数组中倒数第2个位置,然后索引数组大小减1,并将最后一个索引值插入到前面的有序表中,保证索引数组仍然有序。
6.huffman_f在huffman_e的基础上,将排序改为利用堆排序原理选择最小的两个权值。
也即,将所有元素的权值组织成堆后,每次堆内的根结点就是最小值了。
每取出一个根结点后,就把堆尾元素调到根结点重建堆。
取出两个最小值合并成一个子树后,再把子树作为叶子结点放到堆中,并让其上升到合适的位置,保持堆性质不变。
因为每次不必完成整个排序过程,而只是组织成堆,因此,这种方法要比使用快速排序更快。
上述算法参考了mg-1.2.1中Huffman编码的实现,见http:
//www.cs.mu.oz.au/mg/
7.huffman_g当元素权值已经有序时,可以使用A.Moffat和J.Katajainen设计的在权值数组内部构建Huffman的方法。
A.Moffat和J.Katajainen对该算法的描述见http:
//www.cs.mu.oz.au/~alistair/abstracts/inplace.html
8.huffman_h在huffman_f的基础上,增加限制码长的功能。
限制码长的算法参考了zlib-1.1.4中构造限制码长的Huffman编码的源代码。
zlib的源代码见http:
//www.gzip.org/zlib/,其中限制长度的算法在tree.c的gen_bitlen()函数中。
七.Huffman的java实现:
界面类
publicclassComFileFrame{
publicstaticvoidmain(String[]args){
ComFileFramecff=newComFileFrame();
cff.showUI();
}
publicvoidshowUI(){
javax.swing.JFrameframe=newjavax.swing.JFrame();
frame.setSize(200,100);
frame.setLocationRelativeTo(null);
frame.setTitle("own压缩软件");
frame.setLayout(newjava.awt.FlowLayout());
frame.setDefaultCloseOperation(3);
frame.setResizable(false);
javax.swing.JButtoncomf=newjavax.swing.JButton("压缩");
javax.swing.JButtondecomf=newjavax.swing.JButton("解压缩");
MouseListenerImplmli=newMouseListenerImpl();
comf.addMouseListener(mli);
decomf.addMouseListener(mli);
javax.swing.JLabellabel=newjavax.swing.JLabel("Copyright@Chenjunqing");
label.addMouseListener(mli);
frame.add(comf);
frame.add(decomf);
frame.add(label);
frame.setVisible(true);
}
}
鼠标监听器类
packagejava.Huffman;
importjava.awt.event.MouseEvent;
importjava.awt.event.MouseListener;
importjavax.swing.JButton;
importjavax.swing.JLabel;
publicclassMouseListenerImplimplementsMouseListener{
publicvoidmouseClicked(MouseEvente){
Objectobj=e.getSource();//得到鼠标单击的对象
if(objinstanceofJButton){//判断鼠标是否单击是按钮
JButtonb=(JButton)obj;
Stringtitle=b.getActionCommand();//得到按钮的名称
javax.swing.JFileChooserchooser=newjavax.swing.JFileChooser();//创建一个filechooser,用来获取路径
if(title=="压缩"){//判断单击的是哪个按钮
chooser.setFileSelectionMode(javax.swing.JFileChooser.FILES_ONLY);//压缩时只允许压缩文件
intt=chooser.showDialog(null,"压缩");
if(t==javax.swing.JFileChooser.APPROVE_OPTION){
Stringsource=chooser.getSelectedFile().getAbsolutePath();//得到源文件的路径
//System.out.println("sourceis:
"+source);//fortest
Stringdestination=source+".own";//根据源文件路径产生新文件的路径
//System.out.println("destinationis:
"+destination);//fortest
CompresscomFile=newCompress();
try{
longstart=System.currentTimeMillis();
comFpressFile(source,destination);
longend=System.currentTimeMillis();
longtime=end-start;
javax.swing.JOptionPane.showMessageDialog(null,"压缩完成!
\n"+"压缩用时:
"+time+"ms"+"\n");
}catch(Exceptione1){
e1.printStackTrace();
}
}
}
elseif(title=="解压缩"){
chooser.setFileSelectionMode(javax.swing.JFileChooser.FILES_ONLY);
intt=chooser.showDialog(null,"解压缩");
if(t==javax.swing.JFileChooser.APPROVE_OPTION){
Stringsource=chooser.getSelectedFile().getAbsolutePath();
if(source.endsWith("own")){
Stringtemp=source.substring(0,source.length()-4);
ints=temp.lastIndexOf("\\");
Stringdestination=temp.substring(0,s+1)+"解压"+temp.substring(s+1,temp.length());
//System.out.println("destinationis:
"+destination);//fortest
CompressdecomFile=newCompress();
try{
longstart=System.currentTimeMillis();
decomFile.decompressFile(source,destination);
longend=System.currentTimeMillis();
longtime=end-start;
javax.swing.JOptionPane.showMessageDialog(null,"解压完成!
\n"+"解压用时:
"+time+"ms"+"\n");
}catch(Exceptione1){
e1.printStackTrace();
}
}else{
javax.swing.JOptionPane.showMessageDialog(null,"请选择由本软件压缩的文件");
}
}
}
}
elseif(objinstanceofJLabel){
javax.swing.JOptionPane.showMessageDialog(null,"本软件压缩的文件拓展名为own!
");
}
}
@Override
publicvoidmousePressed(MouseEvente){
//TODOAuto-generatedmethodstub
}
@Override
publicvoidmouseReleased(MouseEvente){
//TODOAuto-generatedmethodstub
}
@Override
publicvoidmouseEntered(MouseEvente){
//TODOAuto-generatedmethodstub
}
@Override
publicvoidmouseExited(MouseEvente){
//TODOAuto-generatedmethodstub
}
}
压缩与解压缩方法类
packagejava.Huffman;
importjava.io.DataInputStream;
importjava.io.DataOutputStream;
importjava.io.FileInputStream;
importjava.io.FileOutputStream;
importjava.util.ArrayList;
importjava.util.HashMap;
/**
*利用Huffman编码进行压缩
*
*@authorChenjunqing
*
*/
publicclassCompress{
publicstaticvoidmain(String[]args)throwsException{
Compresscps=newCompress();
//HashMap
//cps.countFile("d:
\\我的文档\\桌面\\Test.java");
//HashMap
//java.util.Set
//java.util.Iterator
//while(iter.hasNext()){
//Bytekey=iter.next();
//Stringvalue=code.get(key);
//System.out.println(key+"\t"+value);
//}
longstart=System.currentTimeMillis();
pressFile("d:
\\我的文档\\桌面\\005.png","d:
\\我的文档\\桌面\\005.own");//压缩文件
cps.decompressFile("d:
\\我的文档\\桌面\\005.own","d:
\\我的文档\\桌面\\解压005.png");//解压文件
longend=System.currentTimeMillis();
System.out.println("TimeofRunningis:
"+(end-start)+"ms");
}
/**
*对一个文件进行字节的统计
*
*@parampath
*:
文件的路径
*@return:
返回一个Map<字节,出现次数>
*/
publicHashMap
HashMap
FileInputStreamfis=newFileInputStream(path);
DataInputStreamdis=newDataInputStream(fis);//创建文件输入流对象,按照数据类型读取。
intt=-1;
while((t=dis.read())!
=-1){
Bytekey=(byte)t;
if(map.containsKey(key)){
Integervalue=map.get(key);
value++;
map.put(key,value);
}else{
map.put(key,1);
}
}
dis.close();
////测试代码
//inttotal=0;
//java.util.Set
//java.util.Iterator
//while(iter1.hasNext()){
//Bytekey=iter1.next();
//intvalue=map.get(key);
//total++;
//System.out.println(key+"\t"+value);
//}
//System.out.println(total);
returnmap;
}
/**
*得到一个HashMap
*
*@parammap
*:
要转化的HashMap
*@return:
返回一个HashMap
*/
publicHashMap
java.util.Set
java.util.Iterator
ArrayList
//将字符出现的次数作为权值(data),字符作为标志(Sign),把数据转化为节点,存入一个队列中
while(iter.hasNext()){
Bytekey=iter.next();
Integernum=map.get(key);
TreeNodetemp=newTreeNode(num);
temp.setSign(key);
huff.add(temp);
}
HuffmanTreehfmTree=newHuffmanTree();
//将队列转化为相应的Huffman树,返回树的根节点
TreeNoderoot=hfmTree.ArrayToHuffman(huff);
//hfmTree.printTree(root);//打印huffman树
HashMap
////测试代码
//inttotal=0;
//java.util.Set
//java.util.Iterator
//while(iter1.hasNext()){
//Bytekey=iter1.next();
//Stringvalue=code.get(key);
//total++;
//System.out.println(key+"\t"+value);
//}
//System.out.println(total);
returncode;
}
/**
*得到源文件的压缩文件的方法
*
*@paramcode
*:
由源文件得到的存储有其中每个字节及其对应Huffman编码的HashMap。
*@paramsource
*:
源文件的路径
*@paramdestination
*:
压缩文件存储的路径
*/
publicvoidcompressFile(Stringsource,Stringdestination)
throwsException{
FileInputStreamfis=newFileInputStream(source);
DataInputStreamdis=newDataInputStream(fis);
FileOutputStreamfos=newFileOutputStream(destination);
DataOutputStreamdos=newDataOutputStream(fos);
Stringdata="";//用来暂存编码的过度变量
HashMap
HashMap
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
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