哈夫曼(huffman)編譯碼器課程設(shè)計

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文檔簡介

1、　　《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》　　課程設(shè)計報告　　設(shè)計題目哈夫曼 (Huffman) 編/譯碼器 　　學院名稱信息工程學院 &

2、lt;p>　　專業(yè) 班級 　　姓名 　　學號 ______<p

3、>　　題目：哈夫曼(Huffman)編/譯碼器　　一、問題描述　　利用哈夫曼編碼進行通信可以大大提高信道利用率，縮短信息傳輸時間，降低傳輸成本。但是，這要求在發(fā)送端通過一個編碼系統(tǒng)對待傳數(shù)據(jù)預先編碼，在接收端將傳來的數(shù)據(jù)進行譯碼（復原）。對于雙工信道（即可以雙向傳輸信息的信道），每端都需要一個完整的編/譯碼系統(tǒng)

4、。試為這樣的信息收發(fā)站寫一個哈夫曼碼的編/譯碼系統(tǒng)。　　二、設(shè)計目標　　幫助學生熟練掌握樹的應用和基本操作，重點掌握二叉樹的存儲，這里以哈夫曼樹為設(shè)計目標進一步提高學生的設(shè)計能力及對樹的理解。　　三、任務要求<

5、;p>　　一個完整的系統(tǒng)應具有以下功能：　　1) I：初始化（Initialization）。從終端讀入字符集大小n，以及n個字符和n個權(quán)值，建立哈夫曼樹，并將它存于文件hfmTree中。　　2) E：編碼（Encoding）。利用以建好的哈夫曼樹（如不在內(nèi)存，則從文件hfmTree中讀入），對文件ToBeTran中的正文進行編碼，然后將結(jié)果存入文

6、件CodeFile中。 　　3) D：譯碼（Decoding）。利用已建好的哈夫曼樹將文件CodeFile中的代碼進行譯碼，結(jié)果存入文件TextFile中。 　　4) P：印代碼文件（Print）。將文件CodeFile以緊湊格式顯示在終端上，每行50個代碼。同時將此字符形式的編碼文件寫入文件CodePrin中。

7、;　　5) T：印哈夫曼樹（Tree Printing）。將已在內(nèi)存中的哈夫曼樹以直觀的方式（樹或凹入表形式）顯示在終端上，同時將此字符形式的哈夫曼樹寫入文件TreePrint中。　　四、需求分析　　利用哈夫曼樹(Huffman)編/譯碼　?。ㄒ唬?、初始化哈夫曼樹</p

8、>　　（二）、建立哈夫曼樹　?。ㄈ?、對哈夫曼樹進行編碼　?。ㄋ模?、輸出對應字符的編碼　　（五）、譯碼過程　　五、概要設(shè)計

9、哈夫曼樹的存儲結(jié)構(gòu)描述　　typedef struct　　{　　unsigned int weight;　　unsigned int parent, lchild, rchild;　　}HTN

10、ode, *HuffmanTree; 　　哈弗曼樹的算法　　void CreateHT(HTNode ht[],int n) //調(diào)用輸入的數(shù)組ht[],和節(jié)點數(shù)n　　{<p&g

11、t;　　int i,k,lnode,rnode;　　int min1,min2;　　for (i=0;i<2*n-1;i++) 　　ht[i].parent=ht[i].lchild=ht[i].rchild=-1; //所有結(jié)點的相關(guān)域置初值-1

12、　　for (i=n;i<2*n-1;i++) //構(gòu)造哈夫曼樹　　{　　min1=min2=32767; //int的范圍是-32768—32767　　lnode=rnode=-1;

13、 //lnode和rnode記錄最小權(quán)值的兩個結(jié)點位置　　for (k=0;k<=i-1;k++)　　{　　if (ht[k].parent==-1) //只在尚未構(gòu)造二叉樹的結(jié)點中查找

14、　　{　　if (ht[k].weight<min1) //若權(quán)值小于最小的左節(jié)點的權(quán)值　　{　　min2=min1;rnode=lnode;　　min1=ht[k].w

15、eight;lnode=k;　　}　　else if (ht[k].weight<min2)　　{　　min2=ht[k].weight;rnode=k;<p&

16、gt;　　}　　}　　}　　ht[lnode].parent=i;ht[rnode].parent=i; //兩個最小節(jié)點的父節(jié)點是i<p&

17、gt;　　ht[i].weight=ht[lnode].weight+ht[rnode].weight; //兩個最小節(jié)點的父節(jié)點權(quán)值為兩個最小節(jié)點權(quán)值之和　　ht[i].lchild=lnode;ht[i].rchild=rnode; //父節(jié)點的左節(jié)點和右節(jié)點　　}&l

18、t;/p>　　}　　哈弗曼編碼　　void CreateHCode(HTNode ht[],HCode hcd[],int n)　　{<p&g

19、t;　　int i,f,c;　　HCode hc;　　for (i=0;i<n;i++) //根據(jù)哈夫曼樹求哈夫曼編碼　　{　　hc.s

20、tart=n;c=i;　　f=ht[i].parent;　　while (f!=-1) //循序直到樹根結(jié)點結(jié)束循環(huán)　　{　　if (ht[f].lchild==c)

21、 //處理左孩子結(jié)點　　hc.cd[hc.start--]='0';　　else //處理右孩子結(jié)點　　hc.cd[hc.start--]='1';&l

22、t;p>　　c=f;f=ht[f].parent;　　}　　hc.start++; //start指向哈夫曼編碼hc.cd[]中最開始字符　　hcd[i]=hc;<

23、;b>　　}　　}　　void DispHCode(HTNode ht[],HCode hcd[],int n) //輸出哈夫曼編碼的列表　　{

24、　　int i,k;　　printf(" 輸出哈夫曼編碼:\n"); 　　for (i=0;i<n;i++) //輸出data中的所有數(shù)據(jù)，即A-Z　　{</p&

25、gt;　　printf(" %c:\t",ht[i].data); 　　for (k=hcd[i].start;k<=n;k++) //輸出所有data中數(shù)據(jù)的編碼　　{

26、　　printf("%c",hcd[i].cd[k]); 　　}　　printf("\n");　　}

27、;　　}　　void editHCode(HTNode ht[],HCode hcd[],int n) //編碼函數(shù)　　{　　char string[MAXSIZE]; </p&g

28、t;　　int i,j,k;　　scanf("%s",string); //把要進行編碼的字符串存入string數(shù)組中　　printf("\n輸出編碼結(jié)果:\n");　　for (i=0;string[i]!

29、='#';i++) //#為終止標志　　{　　for (j=0;j<n;j++)　　{　　if(string[i]==ht[j].data)

30、 //循環(huán)查找與輸入字符相同的編號，相同的就輸出這個字符的編碼　　{　　for (k=hcd[j].start;k<=n;k++)　　{　　printf("%

31、c",hcd[j].cd[k]);　　}　　break; //輸出完成后跳出當前for循環(huán)　　}　　}&l

32、t;/p>　　}　　}　　哈弗曼譯碼　　void deHCode(HTNode ht[],HCode hcd[],int n) //譯碼函數(shù)

33、　　{　　char code[MAXSIZE];　　int i,j,l,k,m,x;　　scanf("%s",code); //把要進行譯碼的字符串存入code數(shù)組中

34、　　while(code[0]!='#')　　for (i=0;i<n;i++)　　{　　m=0; //m為想同編碼個數(shù)的計數(shù)器

35、for (k=hcd[i].start,j=0;k<=n;k++,j++) //j為記錄所存儲這個字符的編碼個數(shù)　　{　　if(code[j]==hcd[i].cd[k]) //當有相同編碼時m值加1　　m++;</

36、b>　　}　　if(m==j) //當輸入的字符串與所存儲的編碼字符串個數(shù)相等時則輸出這個的data數(shù)據(jù)　　{　　printf(&

37、quot;%c",ht[i].data);　　for(x=0;code[x-1]!='#';x++) //把已經(jīng)使用過的code數(shù)組里的字符串刪除　　{　　code[x]=code[x+j];<p&g

38、t;　　}　　}　　}　　}　　主函數(shù)

39、　void main()　　{　　int n=26,i;　　char orz,back,flag=1;　　char str[]={'A','B','C','D','

40、;E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P','Q','R','S','T','U','V','W&#

41、39;,'X','Y','Z'}; //初始化　　int fnum[]={186,64,13,22,32,103,21,15,47,57,1,2,32,20,57,63,15,1,48,51,80,23,8,18,1,16}; //初始化　　HTNode ht[M];

42、 //建立結(jié)構(gòu)體　　HCode hcd[N]; //建立結(jié)構(gòu)體　　for (i=0;i<n;i++) //把初始化的數(shù)據(jù)存入ht結(jié)構(gòu)體中　　{　　ht[i].data=str[

43、i];　　ht[i].weight=fnum[i];　　}　　while (flag) //菜單函數(shù)，當flag為0時跳出循環(huán)　　顯示部分源程序：

44、;　　{　　printf("\n");　　printf(" ********************************");　　printf("\n ** 1-------

45、--------顯示編碼 **");　　printf("\n ** 2---------------進行編碼 **");　　printf("\n ** 3---------------進行譯碼 **");　　printf("\

46、n ** 4---------------退出 **\n");　　printf(" * **********************************");　　printf("\n");　　printf("

47、請輸入選擇的編號:");　　scanf("%c",&orz);　　switch(orz)　　{　　case 'a':

48、;　　case 'A':　　system("cls"); //清屏函數(shù)　　CreateHT(ht,n);　　CreateHCode(ht,hcd,n);

49、;　　DispHCode(ht,hcd,n);　　printf("\n按任意鍵返回...");　　getch();　　system("cls");　　br

50、eak;　　case 'b':　　case 'B':　　system("cls");　　printf("請輸入要進

51、行編碼的字符串(以#結(jié)束):\n");　　editHCode(ht,hcd,n);　　printf("\n按任意鍵返回...");　　getch();　　system("cls");&

52、lt;/p>　　break;　　case 'c':　　case 'C':　　system("cls");</p&g

53、t;　　DispHCode(ht,hcd,n);　　printf("請輸入編碼(以#結(jié)束):\n");　　deHCode(ht,hcd,n);　　printf("\n按任意鍵返回...");

54、　getch();　　system("cls");　　break;　　case 'd':　　case 'D'

55、;:　　flag=0;　　break;　　default:　　system("cls");&l

56、t;p>　　}}}　　六、詳細設(shè)計　　由上表畫出哈夫曼樹：　　由哈夫曼樹得出各字符的編碼：　　關(guān)系調(diào)用：<

57、;b>　　該程序的流程圖：　　七、測試分析　　白盒：　　查看代碼完整性　　白盒測試也稱結(jié)構(gòu)測試或邏輯驅(qū)動測試，它是按照程序內(nèi)部的結(jié)構(gòu)

58、測試程序，通過測試來檢測產(chǎn)品內(nèi)部動作是否按照設(shè)計規(guī)格說明書的規(guī)定正常進行，檢驗程序中的每條通路是否都能按預定要求正確工作。這一方法是把測試對象看作一個打開的盒子，測試人員依據(jù)程序內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)相關(guān)信息，設(shè)計或選擇測試用例，對程序所有邏輯路徑進行測試，通過在不同點檢查程序的狀態(tài)，確定實際的狀態(tài)是否與預期的狀態(tài)一致。　　黑盒：<p&

59、gt;　　測試是否可以正確的創(chuàng)建，刪除，插入，打印，查找等操作　　黑盒測試也稱功能測試，它是通過測試來檢測每個功能是否都能正常使用。在測試中，把程序看作一個不能打開的黑盒子，在完全不考慮程序內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部特性的情況下，在程序接口進行測試，它只檢查程序功能是否按照需求規(guī)格說明書的規(guī)定正常使用，程序是否能適當?shù)亟邮蛰斎霐?shù)據(jù)而產(chǎn)生正確的輸出信息。黑盒測試著眼于程序外部結(jié)構(gòu)，不考慮內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu)，主要針對

60、軟件界面和軟件功能進行測試。　　八、使用說明　　1) 輸入n個字符的權(quán)值　　2) 輸入對應的字符　　3) 得出各字符的編碼　　九、測試數(shù)據(jù)</p&g

61、t;　　用下表給出的字符集和頻度的實際統(tǒng)計數(shù)據(jù)建立哈夫曼樹，并實現(xiàn)以下報文的編碼和譯碼：“THIS PROGRAM IS MY FAVORITE”。　　字符空格 A B C D E F G H I J K L M 　　頻度 186 64 13 22 32 103 21 15 47 57 1 5 32 20

62、　　字符 N O P Q R S T U V W X Y Z 　　　頻度 57 63 15 1 48 51 80 23 8 18 1 16 1　　注：學生在測試數(shù)據(jù)時，需要寫出測試用例和截圖　　十、該程序的源代碼

63、　#include <stdio.h>　　#include <stdlib.h> //要用system函數(shù)要調(diào)用的頭文件　　#include<conio.h> //用getch()要調(diào)用的頭文件　　#include <string.

64、h>　　#define N 50 //義用N表示50葉節(jié)點數(shù)　　#define M 2*N-1 //用M表示節(jié)點總數(shù) 當葉節(jié)點數(shù)位n時總節(jié)點數(shù)為2n-1　　#define MAXSIZE 100　　type

65、def struct　　{　　char data; //結(jié)點值　　int weight; //權(quán)值　　int parent; //雙親結(jié)

66、點　　int lchild; //左孩子結(jié)點　　int rchild; //右孩子結(jié)點　　}HTNode; 　　typedef struct<

67、;p>　　{　　char cd[N]; //存放哈夫曼碼　　int start; //從start開始讀cd中的哈夫曼碼　　}HCode;&l

68、t;p>　　void CreateHT(HTNode ht[],int n) //調(diào)用輸入的數(shù)組ht[],和節(jié)點數(shù)n　　{　　int i,k,lnode,rnode;　　int min1,min2;

69、　　for (i=0;i<2*n-1;i++) 　　ht[i].parent=ht[i].lchild=ht[i].rchild=-1; //所有結(jié)點的相關(guān)域置初值-1　　for (i=n;i<2*n-1;i++) //構(gòu)造哈夫曼樹

70、;　　{　　min1=min2=32767; //int的范圍是-32768—32767　　lnode=rnode=-1; //lnode和rnode記錄最小權(quán)值的兩個結(jié)點位置　　for (k=0;k<=i-1;k++)&l

71、t;/p>　　{　　if (ht[k].parent==-1) //只在尚未構(gòu)造二叉樹的結(jié)點中查找　　{　　if (ht[k].weight<min1) /

72、/若權(quán)值小于最小的左節(jié)點的權(quán)值　　{　　min2=min1;rnode=lnode;　　min1=ht[k].weight;lnode=k;　　}　　el

73、se if (ht[k].weight<min2)　　{　　min2=ht[k].weight;rnode=k;　　}　　}&l

74、t;p>　　}　　ht[lnode].parent=i;ht[rnode].parent=i; //兩個最小節(jié)點的父節(jié)點是i　　ht[i].weight=ht[lnode].weight+ht[rnode].weight; //兩個最小節(jié)點的父節(jié)點權(quán)值為兩個最小節(jié)點權(quán)值

75、之和　　ht[i].lchild=lnode;ht[i].rchild=rnode; //父節(jié)點的左節(jié)點和右節(jié)點　　}　　}　　void CreateHCode(H

76、TNode ht[],HCode hcd[],int n)　　{　　int i,f,c;　　HCode hc;　　for (i=0;i<n;i++)

77、 //根據(jù)哈夫曼樹求哈夫曼編碼　　{　　hc.start=n;c=i;　　f=ht[i].parent;　　while (f!=-1) //循序直到樹根結(jié)點結(jié)束循環(huán)

78、　　{　　if (ht[f].lchild==c) //處理左孩子結(jié)點　　hc.cd[hc.start--]='0';　　else

79、 //處理右孩子結(jié)點　　hc.cd[hc.start--]='1';　　c=f;f=ht[f].parent;　　}　　hc.start++;

80、 //start指向哈夫曼編碼hc.cd[]中最開始字符　　hcd[i]=hc;　　}　　}　　void DispHCode(HTNode ht[],HCode hcd[],int n

81、) //輸出哈夫曼編碼的列表　　{　　int i,k;　　printf(" 輸出哈夫曼編碼:\n"); 　　for (i=0;i<n;i++)

82、 //輸出data中的所有數(shù)據(jù)，即A-Z　　{　　printf(" %c:\t",ht[i].data); 　　for (k=hcd[i].start;k<=n;k++)

83、 //輸出所有data中數(shù)據(jù)的編碼　　{　　printf("%c",hcd[i].cd[k]); 　　}<p&

84、gt;　　printf("\n");　　}　　}　　void editHCode(HTNode ht[],HCode hcd[],int n) //編碼函數(shù)<b&g

85、t;　　{　　char string[MAXSIZE]; 　　int i,j,k;　　scanf("%s",string); //把要進行編碼的字符串存入string數(shù)組中</p

86、>　　printf("\n輸出編碼結(jié)果:\n");　　for (i=0;string[i]!='#';i++) //#為終止標志　　{　　for (j=0;j<n;j++)

87、　　{　　if(string[i]==ht[j].data) //循環(huán)查找與輸入字符相同的編號，相同的就輸出這個字符的編碼　　{　　for (k=hcd[j].start;k

88、<=n;k++)　　{　　printf("%c",hcd[j].cd[k]);　　}　　break; //輸出完成后跳出當前fo

89、r循環(huán)　　}　　}　　}　　}　　void deHCode(HTNode ht

90、[],HCode hcd[],int n) //譯碼函數(shù)　　{　　char code[MAXSIZE];　　int i,j,l,k,m,x;　　scanf("%s",code);

91、 //把要進行譯碼的字符串存入code數(shù)組中　　while(code[0]!='#')　　for (i=0;i<n;i++)　　{　　m=0;

92、 //m為想同編碼個數(shù)的計數(shù)器　　for (k=hcd[i].start,j=0;k<=n;k++,j++) //j為記錄所存儲這個字符的編碼個數(shù)　　{　　if(code[j]==hcd[i].cd[k]) //當有相同編碼時m

93、值加1　　m++;　　}　　if(m==j) //當輸入的字符串與所存儲的編碼字符串個數(shù)相等時則輸出這個的data數(shù)據(jù)

94、　　{　　printf("%c",ht[i].data);　　for(x=0;code[x-1]!='#';x++) //把已經(jīng)使用過的code數(shù)組里的字符串刪除　　{<

95、p>　　code[x]=code[x+j];　　}　　}　　}　　}

96、void main()　　{　　int n=26,i;　　char orz,back,flag=1;　　char str[]={'A','B','C','D','

97、E','F','G','H','I','J','K','L','M','N','O','P','Q','R','S','T','U','V','W

98、9;,'X','Y','Z'}; //初始化　　int fnum[]={186,64,13,22,32,103,21,15,47,57,1,2,32,20,57,63,15,1,48,51,80,23,8,18,1,16}; //初始化　　HTNode ht[M];

99、 //建立結(jié)構(gòu)體　　HCode hcd[N]; //建立結(jié)構(gòu)體　　for (i=0;i<n;i++) //把初始化的數(shù)據(jù)存入ht結(jié)構(gòu)體中　　{　　ht[i].data=str[i

100、];　　ht[i].weight=fnum[i];　　}　　while (flag) //菜單函數(shù)，當flag為0時跳出循環(huán)　　{<p

101、>　　printf("\n");　　printf(" **************************************");　　printf("\n ** A---------------顯示編碼 **");

102、printf("\n ** B---------------進行編碼 **");　　printf("\n ** C---------------進行譯碼 **");　　printf("\n ** D---------------退出 **\n");&l

103、t;/p>　　printf(" ****************************************");　　printf("\n");　　printf(" 請輸入選擇的編號:");

104、scanf("%c",&orz);　　switch(orz)　　{　　case 'a':　　case 'A':<

105、/b>　　system("cls"); //清屏函數(shù)　　CreateHT(ht,n);　　CreateHCode(ht,hcd,n);　　DispHCode(ht,hcd,n);

106、　　printf("\n按任意鍵返回...");　　getch();　　system("cls");　　break;

107、　　case 'b':　　case 'B':　　system("cls");　　printf("請輸入要進行編碼的字符串(以#結(jié)束):\n");

108、;　　editHCode(ht,hcd,n);　　printf("\n按任意鍵返回...");　　getch();　　system("cls");　　break;</b&

109、gt;　　case 'c':　　case 'C':　　system("cls");　　DispHCode(ht,hcd,n);

110、;　　printf("請輸入編碼(以#結(jié)束):\n");　　deHCode(ht,hcd,n);　　printf("\n按任意鍵返回...");　　getch();　　sy

111、stem("cls");　　break;　　case 'd':　　case 'D':

112、flag=0;　　break;　　default:　　system("cls");　　}<

113、;p>　　}　　}　　：　　該程序的截圖：　　初始化界面截圖如下</p

114、>　　選A時的顯示結(jié)果截圖如下　　選擇B時的顯示結(jié)果截圖如下　　選C時的顯示結(jié)果截圖如下　　十一、使用說明（給出軟件如何使用，使用時的注意事項）　　VC++6.0編程環(huán)境使用　　1、 VC++

115、6.0程序啟動 　　2、新建工程Project　　3、設(shè)定工程Project名稱、保存位置 　　4、設(shè)定工程Project的類型 　　5、工程Project的描述信息生成<p&

116、gt;　　6、空工程Project建立完畢　　7）向工程Project中添加(新建)源代碼文件的類型、名稱、保存位置 　　8、設(shè)定源代碼文件的類型、名稱　　9、源代碼文件被添加到工程中 　　10、在源代碼文件中添加程

117、序代碼　　11、程序代碼編譯完成后編譯、鏈接過程　　注意事項： 　?。?）一個工程project中可以有多個源文件(.cpp)、多個頭文件（.h）；　　但這些源代碼文件中只能出現(xiàn)一個main函數(shù)，作為整個程序運&

118、lt;/p>　　行的入口； 　　（2）必須關(guān)閉前一次程序運行結(jié)果窗口，才能進行下一次程序運行； 　?。?）書寫標識符時，忽略了大小寫字母的區(qū)別。 　?。? ) 忘記加分號

119、　　（5）多加分號　　十二、課程設(shè)計總結(jié)　　本次課程設(shè)計的題目是：哈夫曼(Huffman)編/譯碼器。通過這次課程設(shè)計，我了解到自己在編寫程序方面還有很多不足，在實踐過程中老師給了我很大的幫助。在這次課程設(shè)計中，雖然不會成功的編寫一個完整的程序，但是在看程序的

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