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1、合肥学院计算机科学与技术系课程设计报告20092010 学年第二学期课程 数据结构与算法课程设计名称 英文文件的压缩和解压缩学生姓名学号专业班级指导教师 李红 沈亦军2010 年 6 月题目：（采用哈夫曼编码思想实现文件的压缩和解压缩功能，并提供压缩前后的占用空间之比）（1）压缩原文件的规模应不小于 5K。（2）提供解压缩后文件与原文件的相同性比较功能。 一、问题分析和任务定义。1.1 问题分析本实验是利用哈夫曼编码思想，设计对一个文本文件中的字符进行哈夫曼编码，生成编码文件（压缩文件） ；反过来，可将一个压缩文件译码还原为一个文本文件(.txt)。要解决以上问题，需从以下几个方面着手： （1
2、）如何读入待压缩的文本文件，统计文本文件中各字符的频数及出现的字符个数； （2）如何构造 huffman 树，进行 huffman 编码，生成压缩文件（后缀名 .txt（3）如何读入待解压的压缩文件名,并利用相应的哈夫曼树及压缩文件中的二进制码将编码序列译码，对文件进行解压，生成解压文件（后缀名为.txt） ； （4）如何提供 压缩前后的占用空间之比1.2 输入、输出数据的形式、值的范围，算法（程序）所能达到的功能本实验的数据主要是以字符型为主，还有一些自定义的整形和浮点型变量，该实验室对文件进行压缩和解压（被压缩文件容量要求大于5KB） ，通过该算法程序可以大致上满足实验所要求的功能，即压缩
3、原文件的规模不小于 5KB，提供了压缩后的文件与原文件的压缩比例，也即提供了性能比较功能1.3 测试用的数据本实验的数据是通过读入一个名为 huffman.txt 的文本文档，文档中内容为字符型数据。所测试的部分数据： 图 1.原文档二、数据结构的选择和概要设计为了完成实验所要求的任务，解决的问题及方法如下：1.文件的读取及统计字符出现的个数和频率（1）文件的读取void read_file_count()char c;ifstream infile;infile.open(huffman.txt);/打开 huffman.txt 文件if(!infile)/检查文件是否打开。coutinch
4、ar;if(inchar=1)ptr=huffmanptr.rchild;ptr=huffmanptr.lchild;if(huffmanptr.lchild=0&huffmanptr.lchild=0)fp2图 4.huffman 解码流程四、上机调试开始考虑问题是，要对文件进行压缩，如何才能达到比较好的效果，那就是 huffman编码是采用等长编码还是采用不等长问题，采用不等长编码要避免译码的二义性或多义性。假设用 0 表示字符 D，用 01 表示字符 C 则当接受到编码串“01” ，并译到字符 0 时，是立即译出对应的字符 D，还是接着与下一个字符 1 一起译为对应的字符 C，这就产生了
5、二义性。因此，若对某一个字符集进行不等长编码，则要求字符集合中任一个字符的编码都不能是其他字符编码的前缀。符合此要求的编码叫做前缀编码。显然等长编码是前缀编码，这从等长编码所对应的编码二叉树也可以直接看出，任何一个叶子结点都不可能是其它叶子结点的双亲，也就是说，只有当一个结点是另一个结点的双亲时，该结点的字符编码才会是另一个结点的字符编码的前缀。为了使不等长编码为前缀编码，可用该字符集中的每个字符作为叶子结点生成一棵编码二叉树，为了获得文件的最短长度，特将每个字符的出现频率作为字符结点的权值赋予该结点上，求出此树的最小带权路径长度就等于文件的最短长度。因此，对文件进行压缩，就可以转化字符集中的
6、所有字符作为叶子结点，字符出现的频率作为权值所产生的huffman 树的问题。基本思路大致有了后，接下来是对程序的编写工作，程序初步形成后，对其测试，发现了一些变量还没有声明的错误，对遗漏的变量进行了声明后，再次调试，发现一个比较大的问题，就是字符都能读入，但是不能进行编码，也即不能构造 huffman 树，最后经过检查发现原来是结点方面存在问题，最后加入 sum=2*count-1;语句，问题得到解决。 （该语句的作用是：例如提供了 3 个权值不同的结点，现在要构造 huffman 树，那就需要 5 个结点。 ）五、测试结果 图 5（与图 6 同为测试结果） 图 6（与图 5 同为测试结果）
7、被编码（部分字符）：图 7.被编码后的文档被解码（部分文件）：图 8.被解码后的文档六、用户使用说明用户运行本程序前，首先要在起工程文件下建立一个名字为 Huffman.txt 文本文档，再运行本程序后，第一步，按任意键来读取建立的 Huffman.txt 文本文档,再据程序中提示完成第二步操作，也即是讲压缩的文件以 Huffman 编码放入一个由用户自己建立的文本文档中，接着再根据提示完成第三步操作，即对要压缩的文件解压后放入由用户建立的任意名的文本文档中，由此完成操作。七、参考文献1 王昆仑，李红. 数据结构与算法. 北京：中国铁道出版社，2006 年 5 月。2 郑莉等.c+语言程序设计
8、(第三版)M.北京：清华大学出版社，2003 年 12 月八、附录#include#include#include#includeusing namespace std;string remfile600000; /存放原文件字符的数组int remcount=0; /记录元素个数float bitecount=0; /记录二进制码的个数typedef struct /存放读入字符的类int count; /字符出现的个数char data; /字符 huffchar;int count=1; /记录 huff 数组中字符实际出现的个数 huffchar huff1000; /类的对象/文件读
9、入部分和统计字符出现的频率bool char_judge(char c) /判断字符出现的函数for(int i=1;istr;fp.open(str.c_str();if(!fp) /检查文件是否打开cout0;k-)fps1;fp2.open(s1.c_str();if(!fp2) /检查文件是否打开coutinchar;if(inchar=1)ptr=huffmanptr.rchild;/查找相应编码对应 huffman 树中的位置else ptr=huffmanptr.lchild;if(huffmanptr.lchild=0&huffmanptr.rchild=0)/判断是否为叶子结
10、点fp2huffptr.data;ptr=sum;/是叶子结点，将该结点的对应字符输入到文件中coutendl 请检查原文件huffman.txt与解压缩文件s1endlendlendl;cout*请检查*endl;/解压缩文件部分结束 /计算压缩比例void evaluating()float y1;y1=bitecount/8/remcount*100;cout压缩比例是：y1%endl;void main()cout 数据结构课程设计 endl;cout Huffman 树文件压缩与解压缩 endl;cout*endl;system(pause);read_file_count();creathuffman(); huffmancode();code_huffman_file();code_file_out();evaluating();coutendlendl 文件的压缩与解压缩完成endl;
