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1、数据结构课程设计设计题目：哈夫曼树编码译码课题名称哈夫曼树编码译码院 系年级专业学号姓名成绩1、课题设计目的：在当今信息爆炸时代，如何采用有效的数据压缩技术节省数据文 件的存储空间和计算机网络的传送时间已越来越引起人们的重视， 哈夫曼编码正是一种应用广泛且非常有效的数据压缩技术。哈夫曼 编码是一种编码方式，以哈夫曼树一即最优二叉树，带权路径长度 最小的二叉树，经常应用于数据压缩。哈弗曼编码使用一张特殊的 编码表将源字符（例如某文件中的一个符号）进行编码。这张编码 表的特殊之处在于，它是根据每一个源字符出现的估算概率而建立 起来的。、田咽火2、课题设计意义：课题设计哈夫曼编码的应用很广泛，利用哈
2、夫曼树求得的用于通信的二进 目的与制编码称为哈夫曼编码。树中从根到每个叶子都有一条路径，对路 、径上的各分支约定：指向左子树的分支表示“0”码，指向右子树的 设计意义分支表示“ 1”码，取每条路径上的“0”或“ 1”的序列作为和各个 叶子对应的字符的编码，这就是哈夫曼编码。哈弗曼译码输入字符 串可以把它编译成二进制代码，输入二进制代码时可以编译成字符 串。指导教师:第一章需求分析1第二章设计要求1第三章概要设计2（1）其主要流程图如图1-1所示。3（2）设计包含的几个方面4第四章详细设计4（1）哈夫曼树的存储结构描述为：4（2）哈弗曼编码5（3）哈弗曼译码7（4）主函数8（5）显示部分源程序：
3、 8第五章调试结果10第六章心得体会12第七章参考文献12附录：12第一章需求分析在当今信息爆炸时代，如何采用有效的数据压缩技术节省数据文件的存储空 间和计算机网络的传送时间已越来越引起人们的重视，哈夫曼编码正是一种应用 广泛且非常有效的数据压缩技术。哈夫曼编码是一种编码方式，以哈夫曼树一即 最优二叉树，带权路径长度最小的二叉树，经常应用于数据压缩。哈弗曼编码使 用一张特殊的编码表将源字符（例如某文件中的一个符号）进行编码。这张编码 表的特殊之处在于，它是根据每一个源字符出现的估算概率而建立起来的（出现 概率高的字符使用较短的编码，反之出现概率低的则使用较长的编码，这便使编 码之后的字符串的平
4、均期望长度降低，从而达到无损压缩数据的目的）。哈夫曼 编码的应用很广泛，利用哈夫曼树求得的用于通信的二进制编码称为哈夫曼编 码。树中从根到每个叶子都有一条路径，对路径上的各分支约定：指向左子树的 分支表示“0”码，指向右子树的分支表示“1”码，取每条路径上的“T或“1” 的序列作为和各个叶子对应的字符的编码，这就是哈夫曼编码。哈弗曼译码输入 字符串可以把它编译成二进制代码，输入二进制代码时可以编译成字符串。第二章设计要求对输入的一串电文字符实现哈夫曼编码，再对哈夫曼编码生成的代码串进行 译码，输出电文字符串。通常我们把数据压缩的过程称为编码，解压缩的过程称 为解码。电报通信是传递文字的二进制码
5、形式的字符串。但在信息传递时，总希 望总长度能尽可能短，即采用最短码。假设每种字符在电文中出现的次数为Wi， 编码长度为Li，电文中有n种字符，则电文编码总长度为EWiLi。若将此对应 到二叉树上，Wi为叶结点的权，Li为根结点到叶结点的路径长度。那么，EWiLi 恰好为二叉树上带权路径长度。因此，设计电文总长最短的二进制前缀编码， 就是以n种字符出现的频率作权，构造一棵哈夫曼树，此构造过程称为哈夫曼编 码。设计实现的功能：（1）哈夫曼树的建立；（2）哈夫曼编码的生成；（3）编 码文件的译码。第三章概要设计哈夫曼编译码器的主要功能是先建立哈夫曼树，然后利用建好的哈夫曼树 生成哈夫曼编码后进行译
6、码。在数据通信中，经常需要将传送的文字转换成由二进制字符0、1组成的二 进制串，称之为编码。构造一棵哈夫曼树，规定哈夫曼树中的左分之代表0，右 分支代表1，则从根节点到每个叶子节点所经过的路径分支组成的0和1的序列 便为该节点对应字符的编码，称之为哈夫曼编码。最简单的二进制编码方式是等长编码。若采用不等长编码，让出现频率高的 字符具有较短的编码，让出现频率低的字符具有较长的编码，这样可能缩短传送 电文的总长度。哈夫曼树课用于构造使电文的编码总长最短的编码方案。(1)其主要流程图如图1-1所示。开始结点数是否大于1I2*N?是否为根结点?否为空?否为空否结束是否否否是输出两子结点和已构造的结点/
7、 输出根结点和权值 /是是否是调用SELECT函数将data和权值赋给htI+双亲结点为两子结点之和此时编码为0编码为1计算根结点函数(2) 设计包含的几个方面： 哈夫曼树的建立哈夫曼树的建立由哈夫曼算法的定义可知，初始森林中共有n棵只含有根结点的 二叉树。算法的第二步是：将当前森林中的两棵根结点权值最小的二叉树，合并 成一棵新的二叉树；每合并一次，森林中就减少一棵树，产生一个新结点。显然 要进行n-1次合并，所以共产生n-1个新结点，它们都是具有两个孩子的分支 结点。由此可知，最终求得的哈夫曼树中一共有2n-1个结点，其中n个结点是 初始森林的n个孤立结点。并且哈夫曼树中没有度数为1的分支结
8、点。我们可以 利用一个大小为2n-1的一维数组来存储哈夫曼树中的结点。 哈夫曼编码要求电文的哈夫曼编码，必须先定义哈夫曼编码类型，根据设计要求和实际需要 定义的类型如下：typedet struct char ch; /存放编码的字符char bitsN+1;/存放编码位串int len; /编码的长度CodeNode; /编码结构体类型 代码文件的译码译码的基本思想是：读文件中编码，并与原先生成的哈夫曼编码表比较，遇到相 等时，即取出其对应的字符存入一个新串中。第四章详细设计(1)哈夫曼树的存储结构描述为：#define N 50 /叶子结点数#define M 2*N-1 哈夫曼树中结点总
9、数typedef struct int weight; /叶子结点的权值int lchild, rchild, parent; /左右孩子及双亲指针HTNode; /树中结点类型typedef HTNode HuffmanTreeM+1;哈弗曼树的算法void CreateHT(HTNode ht,int n)调用输入的数组 ht,和节点数 nint i,k,lnode,rnode;int min1,min2;for (i=0;i2*n-1;i+)hti.parent=hti.lchild=hti.rchild=-1;/所有结点的相关域置初值-1for (i=n;i2*n-1;i+)/构造哈夫
10、曼树min1=min2=32767;/int 的范围是-3276832767lnode=rnode=-1;/lnode和rnode记录最小权值的两个结点位置for (k=0;k=i-1;k+)if (htk.parent=-1)只在尚未构造二叉树的结点中查找if (htk.weightmin1)/若权值小于最小的左节点的权值min2=min1;rnode=lnode;min1=htk.weight;lnode=k;else if (htk.weightmin2)min2=htk.weight;rnode=k;htlnode.parent=i;htrnode.parent=i;hti.weigh
11、t=htlnode.weight+htrnode.weight;为两个最小节点权值之和两个最小节点的父节点是i/两个最小节点的父节点权值hti.lchild=lnode;hti.rchild=rnode;/父节点的左节点和右节点（2）哈弗曼编码void CreateHCode(HTNode ht,HCode hcd,int n)int i,f,c;HCode hc;for (i=0;in;i+)根据哈夫曼树求哈夫曼编码hc.start=n;c=i;f=hti.parent;while (f!=-1)if (htf.lchild=c)hc.cdhc.start-=0;elsehc.cdhc.st
12、art-=1;c=f;f=htf.parent;hc.start+;hcdi=hc;void DispHCode(HTNode ht,HCode hcd,int n)int i,k;printf(输出哈夫曼编码:n);for (i=0;in;i+)printf( %c:t”,hti.data);for (k=hcdi.start;k=n;k+)printf(%c”,hcdi.cdk);printf(n);void editHCode(HTNode ht,HCode hcd,int n)char stringMAXSIZE;int i,j,k;scanf(%s,string);printf(n输
13、出编码结果:n);for (i=0;stringi!=#;i+)循序直到树根结点结束循环 处理左孩子结点处理右孩子结点/start指向哈夫曼编码hc.cd中最开始字符输出哈夫曼编码的列表输出data中的所有数据，即A-Z输出所有data中数据的编码编码函数把要进行编码的字符串存入string数组中/#为终止标志for (j=0;jn;j+)/循环查找与输入字符相同的编号，相同的if(stringi=htj.data)就输出这个字符的编码for (k=hcdj.start;k=n;k+)printf(%c”,hcdj.cdk);输出完成后跳出当前for循环break;译码函数(3) 哈弗曼译码void deHCode(HTNode ht,HCode hcd,int n)char codeMAXSIZE;int i,j,l,k,m,x;把要进行译码的字符串存入code数组中scanf(%s”,code);while(code0!=#)for (i=0;in;i+)/m为想同编码个数的计数器/j为记录所存储这个字符的编码个数当有相同编码时m值加1m=0;for (k=hcdi.start,j=0;k=n;k+,j+)if(codej=hcdi.cdk)m+;/当输入的字符串与所存储的编码字符if(m=j)串个数相等时则输出这个的data数据pri
