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1、电 子 科 技 大 学实 验 报 告 课程名称： 数据结构与算法 学生姓名： 陈*浩 学 号： * 点名序号： * 指导教师： 钱* 实验地点： 基础实验大楼 实验时间： 2015.5.7 2014-2015-2学期 信息与软件工程学院实 验 报 告(二)学生姓名：陈*浩 学 号：* 指导教师：钱*实验地点： 科研教学楼A508 实验时间：2015.5.7一、实验室名称：软件实验室 二、实验项目名称：数据结构与算法树三、实验学时：4四、实验原理：霍夫曼编码（Huffman Coding）是一种编码方式，是一种用于无损数据压缩的熵编码（权编码）算法。1952年，David A. Huffman在
2、麻省理工攻读博士时所发明的。在计算机数据处理中，霍夫曼编码使用变长编码表对源符号（如文件中的一个字母）进行编码，其中变长编码表是通过一种评估来源符号出现机率的方法得到的，出现机率高的字母使用较短的编码，反之出现机率低的则使用较长的编码，这便使编码之后的字符串的平均长度、期望值降低，从而达到无损压缩数据的目的。例如，在英文中，e的出现机率最高，而z的出现概率则最低。当利用霍夫曼编码对一篇英文进行压缩时，e极有可能用一个比特来表示，而z则可能花去25个比特（不是26）。用普通的表示方法时，每个英文字母均占用一个字节（byte），即8个比特。二者相比，e使用了一般编码的1/8的长度，z则使用了3倍多
3、。倘若我们能实现对于英文中各个字母出现概率的较准确的估算，就可以大幅度提高无损压缩的比例。霍夫曼树又称最优二叉树，是一种带权路径长度最短的二叉树。所谓树的带权路径长度，就是树中所有的叶结点的权值乘上其到根结点的路径长度（若根结点为0层，叶结点到根结点的路径长度为叶结点的层数）。树的路径长度是从树根到每一结点的路径长度之和，记为WPL=(W1*L1+W2*L2+W3*L3+.+Wn*Ln)，N个权值Wi（i=1,2,.n）构成一棵有N个叶结点的二叉树，相应的叶结点的路径长度为Li（i=1,2,.n）。可以证明霍夫曼树的WPL是最小的。五、实验目的：本实验通过编程实现赫夫曼编码算法，使学生掌握赫夫
4、曼树的构造方法，理解树这种数据结构的应用价值，并能熟练运用C语言的指针实现构建赫夫曼二叉树，培养理论联系实际和自主学习的能力，加强对数据结构的原理理解，提高编程水平。六、实验内容：（1）实现输入的英文字符串输入，并设计算法分别统计不同字符在该字符串中出现的次数，字符要区分大小写；（2）实现赫夫曼树的构建算法；（3）遍历赫夫曼生成每个字符的二进制编码；（4）显示输出每个字母的编码。七、实验器材（设备、元器件）：PC机一台，装有C或C+语言集成开发环境。八、数据结构与程序：/* * *程序名称：哈夫曼树的相关操作 * * *程序内容：生成哈夫曼树及其编码表、对字符串进行编码等 * * *编写作者：
5、陈家浩 * * *完成时间：2015.5.15 * */#include #include #include #define MAXSIZE 10000char file_address100; /全局通用文件地址typedef struct hnode / 哈夫曼树的节点结构定义 int weight; int lchild, rchild, parent;THNode, * TpHTree;typedef struct huffman_code / 哈夫曼编码表的元素结构定义 int weight; / 编码对应的权值 char * pcode; / 指向编码字符串的指针THCode, *
6、TpHcodeTab;/*/ * *声明函数/*TpHcodeTab build_codesheet( TpHTree pht, int leaves_num); / 根据哈夫曼树得到编码表TpHTree create_huffman_tree(int weights, int n ); / 构造哈夫曼树void select_mintree(TpHTree , int , int *, int *); / 从森林中选择权值最小的两棵子树void destroy_codesheet(TpHcodeTab codesheet, int n); / 销毁哈夫曼编码表int read_file(ch
7、ar file_address100, char *message); / 从文本文件读入字符串 int calc_freq(char text, int *freq, char *dict, int n); / 统计字符串text中字符出现的频率/*/ * *主函数/*int main(void)int i, msg_num,choose;char s; /清空缓存int leaves_num = 0;doTpHTree pht = NULL; /建立树根TpHcodeTab codesheet; /建立编码表char msgMAXSIZE; /建立信息数组int *weights = NU
8、LL; /建立频率数组char *dict = NULL; /建立字符数组printf( - n-哈夫曼树-n - );printf(n读取文件还是手动输入信息？n 1：手动输入信息n 2：读取文件n 请选择：);scanf(%d,&choose);if(choose = 1)printf(请输入信息：n);scanf(%c,&s); /清理键盘缓存gets(msg);msg_num = strlen(msg);elseprintf(输入文件地址（例如：F:filename.txt）:n);scanf(%c,&s); /清理键盘缓存gets(file_address); /输入文件地址msg_
9、num = read_file( file_address, msg); /读取文本文件leaves_num = calc_freq( msg, &weights, &dict, msg_num );/统计文本串中的字符频率，同时得到哈夫曼树的叶节点数pht = create_huffman_tree( weights, leaves_num ); /创建哈夫曼树codesheet = build_codesheet( pht, leaves_num ); /构造哈夫曼编码表printf(n-字符频率编码表-n);printf(符号 - 频率 - 编码n);for(i = 0; i leave
10、s_num ; i+)printf(%4c - %-3d - %-6sn, dicti, codesheeti.weight, codesheeti.pcode);printf(-n);destroy_codesheet( codesheet, leaves_num); /销毁哈夫曼编码表if(pht)/释放所有临时空间free(pht);if(dict)free(dict);if(weights)free(weights);printf(nt0：结束nt1：继续nt请选择：);scanf(%d,&choose);while(choose);return 0;/*/ * *构造哈夫曼编码表/*TpHcodeTab build_codesheet( TpHTree pht, int leaves_num )int i, cid, pid, cursor, len;TpHcodeTab sheet;char * pch = (char *) malloc( leaves_num + 1 );if( !pch )printf(申请空间失败！);exit(0);
