赫夫曼编码译码.docx
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赫夫曼编码译码.docx
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赫夫曼编码译码
赫夫曼编码/译码
1.问题描述
利用赫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。
这要求在发送端通过一个编码系统对待传输数据预先编码,在接收端将传来的数据进行译码(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。
试为这样的信息收发站编写一个赫夫曼码的编/译码系统。
2.基本要求
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。
3.测试要求
(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
4.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。
概要设计
1)问题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{//赫夫曼树的结构体
charch;
intweight;//权值
intparent,lchild,rchild;
}htnode,*hfmtree;
2)所实现的功能函数如下
1、voidhfmcoding(hfmtree&HT,hfmcode&HC,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。
2、voidSelect(hfmtree&HT,inta,int*p1,int*p2)//Select函数,选出HT树到a为止,权值最小且parent为0的2个节点
2、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。
3、Encoding
编码功能:
对输入字符进行编码
4、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。
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。
5.主函数的简要说明,主函数主要设计的是一个分支语句,让用户挑选所实现的功能。
使用链树存储,然后分别调用统计频数函数,排序函数,建立哈夫曼函数,编码函数,译码函数来实现功能。
2)系统结构图(功能模块图)
五.程序说明
1).哈夫曼编码/译码器源代码
#include
#include
#include
#include
#include
typedefstruct{//赫夫曼树的结构体
charch;
intweight;//权值
intparent,lchild,rchild;
}htnode,*hfmtree;
typedefchar**hfmcode;
voidSelect(hfmtree&HT,inta,int*p1,int*p2)//Select函数,选出HT树到a为止,权值最小且parent为0的2个节点
{
inti,j,x,y;
for(j=1;j<=a;++j){
if(HT[j].parent==0){
x=j;
break;
}
}
for(i=j+1;i<=a;++i){
if(HT[i].weight x=i;//选出最小的节点 } } for(j=1;j<=a;++j){ if(HT[j].parent==0&&x! =j) { y=j; break; } } for(i=j+1;i<=a;++i) { if(HT[i].weight =i) { y=i;//选出次小的节点 } } if(x>y){ *p1=y; *p2=x; } else { *p1=x; *p2=y; } } voidhfmcoding(hfmtree&HT,hfmcode&HC,intn)//构建赫夫曼树HT,并求出n个字符的赫夫曼编码HC { inti,start,c,f,m,w; intp1,p2; char*cd,z; if(n<=1){ return; } m=2*n-1; HT=(hfmtree)malloc((m+1)*sizeof(htnode)); for(i=1;i<=n;++i)//初始化n个叶子结点 { printf("请输入第%d字符信息和权值: ",i); scanf("%c%d",&z,&w); while(getchar()! ='\n') { continue; } HT[i].ch=z; HT[i].weight=w; HT[i].parent=0; HT[i].lchild=0; HT[i].rchild=0; } for(;i<=m;++i)//初始化其余的结点 { HT[i].ch='0'; HT[i].weight=0; HT[i].parent=0; HT[i].lchild=0; HT[i].rchild=0; } for(i=n+1;i<=m;++i)//建立赫夫曼树 { Select(HT,i-1,&p1,&p2); HT[p1].parent=i;HT[p2].parent=i; HT[i].lchild=p1;HT[i].rchild=p2; HT[i].weight=HT[p1].weight+HT[p2].weight; } HC=(hfmcode)malloc((n+1)*sizeof(char*)); cd=(char*)malloc(n*sizeof(char)); cd[n-1]='\0'; for(i=1;i<=n;++i)//给n个字符编码 { start=n-1; for(c=i,f=HT[i].parent;f! =0;c=f,f=HT[f].parent) { if(HT[f].lchild==c) { cd[--start]='0'; } else { cd[--start]='1'; } } HC[i]=(char*)malloc((n-start)*sizeof(char)); strcpy(HC[i],&cd[start]); } free(cd); } intmain(){ charcode[100],h[100],hl[100]; intn,i,j,k,l; ifstreaminput_file;//文件输入输出流 ofstreamoutput_file; charchoice,str[100]; hfmtreeHT; hfmcodeHC; cout<<"\n"; cout<<""<<"计算机(3)班"<<""<<"Q07620307"<<""<<"XXX\n"; while(choice! ='Q'&&choice! ='q')//当choice的值不为q且不为Q时循环 { cout<<""<<"*************************赫夫曼编码/译码器*************************\n"; cout<<""<<"I.Init"<<""<<"E.Encoding"<<""<<"D.Decoding"<<""<<"Q.Exit\n"; cout<<"请输入您要操作的步骤: "; cin>>choice; if(choice=='I'||choice=='i')//初始化赫夫曼树 { cout<<"请输入字符个数: "; cin>>n; hfmcoding(HT,HC,n); for(i=1;i<=n;++i) { cout< "< } output_file.open("hfmTree.txt"); if(! output_file){ cout<<"can'toenfile! "< return1; } for(i=1;i<=n;i++) { output_file<<"("< } output_file.close(); cout<<"赫夫曼树已经创建完毕,并且已经放入hfmTree.txt文件中! "< } elseif(choice=='E'||choice=='e')//进行编码,并将字符放入ToBeTran.txt,码值放入CodeFile.txt中 { printf("请输入字符: "); gets(str); output_file.open("ToBeTran.txt"); if(! output_file) { cout<<"can'toenfile! "< return1; } output_file< output_file.close(); output_file.open("CodeFile.txt"); if(! output_file){ cout<<"can'toenfile! "< return1; } for(i=0;i for(j=0;j<=n;++j) { if(HT[j].ch==str[i]) { output_file< break; } } } output_file.close(); cout<<"\n"; cout<<"编码完毕,并且已经存入CodeFile.txt文件! \n"; input_file.open("CodeFile.txt");//从CodeFile.txt中读入编码,输出在终端 if(! input_file) { cout<<"can'toenfile! "< return1; } input_file>>code; cout<<"编码码值为: "< input_file.close(); } elseif(choice=='D'||choice=='d')//读入CodeFile.txt中的编码进行译码,将译出来的字符放入Textfile.txt中 { input_file.open("CodeFile.txt"); if(! input_file){ cout<<"can'toenfile! "< return1; } input_file>>h; input_file.close(); output_file.open("Textfile.txt"); if(! output_file) { cout<<"can'toenfile! "< return1; } k=0; while(h[k]! ='\0')//先用编码中的前几个和字符的编码相比较,然后往后移 { for(i=1;i<=n;i++){ l=k; for(j=0;j hl[j]=h[l]; } hl[j]='\0'; if(strcmp(HC[i],hl)==0) { output_file< k=k+strlen(HC[i]); break; } } } output_file.close(); input_file.open("Textfile.txt"); if(! input_file){ cout<<"can'toenfile! "< return1; } input_file>>h; cout< input_file.close(); cout<<"译码结束,字符已经存入Textfile.txt文件中! "< } elseif(choice=='Q'||choice=='q')//退出程序 { exit(0); } else//如果选了选项之外的就让用户重新选择 { cout<<"您没有输入正确的步骤,请重新输入! "< } cout< } return0; } 六.调试分析 编码 、译码 、退出 [文档可能无法思考全面,请浏览后下载,另外祝您生活愉快,工作顺利,万事如意! ]
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