哈夫曼编码译码数据结构课程设计

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1、数据结构课程设计题目：哈夫曼编码译码姓名：专业：通信工程学号：指导教师：吴泽晖目录1一、需求分析2二、设计要求2三、概要设计21、流程图22、 设计包含的几个部分4四、 详细设计2五、显示结果9.六、心得体会10七、参考文献11哈夫曼编码译码一、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，赫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-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。

2、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均期望长度降低，从而达到无损压缩数据的目的）。赫夫曼 编码的应用很广泛，利用赫夫曼树求得的用于通信的二进制编码称为赫夫曼编 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0”或/ 的序列作为和各个叶子对应的字符的编码，这就是赫夫曼编码。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。二、设计要求对输入的一串

3、电文字符实现赫夫曼编码，再对赫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RWiLi。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，RWiLi 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，构造一棵赫夫曼树，此构造过程称为赫夫曼编 码。设计实现的功能：（1）赫

4、夫曼树的建立；（2）赫夫曼编码的生成；（3）编 码文件的译码。三、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

5、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?输出两子结点和已构造的结点是否为根结点?否为空?否为空结束否/ 输出根结点和权值 /否是是是否是否否是调用SELECT函数将data和权值赋给htI+父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：赫夫曼树的建立 赫夫曼树的建立由赫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

6、们都是具有两个孩子的分 支结点。由此可知，最终求得的赫夫曼树中一共有2n-1个结点，其中n个结 点是初始森林的n个孤立结点。并且赫夫曼树中没有度数为1的分支结点。我们 可以利用一个大小为2n-1的一维数组来存储赫夫曼树中的结点。 赫夫曼编码要求电文的赫夫曼编码，必须先定义赫夫曼编码类型，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，并与原先生成的赫夫曼编码表比较，遇到相 等时，即

7、取出其对应的字符存入一个新串中。四、详细设计赫夫曼树的存储结构描述为:#define N 50 /叶子结点数#define M 2*N-1 /赫夫曼树中结点总数 typedef struct int weight; /叶子结点的权值int (child, 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n(int i,k,lnode,rnode;int min1,min2;for (i=0;i2*n

8、-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+)(min1=min2=32767;lnode=rnode=-1;位置for (k=0;k=i-1;k+)(if (htk.parent=-1)(if (htk.weightmin1)(min2=min1;rnode=lnode;min1=htk.weight;lnode=k;else if (htk.weightmin2)(min2=htk.weight;rnode=k;htlnode.parent=i;htrnode.parent=i;点是i/构

9、造哈夫曼树/int 的范围是-3276832767/（node和rnode记录最小权值的两个结点只在尚未构造二叉树的结点中查找若权值小于最小的左节点的权值/两个最小节点的父节hti.weight=htlnode.weight+htrnode.weight;点权值为两个最小节点权值之和/两个最小节点的父节hti.lchild=lnode;hti.rchild=rnode;节点/父节点的左节点和右（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+)(hc.start=n;c=i

10、;f=hti.parent;while (f!=-1)(if (htf.lchild=c)hc.cdhc.start-=0;elsehc.cdhc.start-=1;c=f;f=htf.parent;hc.start+;字符hcdi=hc;void DispHCode(HTNode ht,HCode hcd,(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);根据哈夫曼树求哈夫曼编码/循序直到树根结点

11、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n)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void editHCode(HTNode ht,HCode hcd,int n)/编码函数(char stringMAXSIZE;int i,j,k;scanf(%s,string);把要进行编码的字符串存入string数组中printf(n输出编码结果:n);for (i=0;stringi!=#;i+)/# 为终止标志(for (j=0;jn;j+)(if(stringi=htj.data)同的就输出这个字符的编码(for

12、(k=hcdj.start;k=n;k+)(printf(%c”,hcdj.cdk);break;(3) 哈弗曼译码void deHCode(HTNode ht,HCode hcd,int n)(char codeMAXSIZE;int i,j,l,k,m,x;scanf(%s”,code);中while(code0!=#)for (i=0;in;i+)(m=0;for (k=hcdi.start,j=0;k=n;k+,j+)(if(codej=hcdi.cdk)m+;if(m=j)符串个数相等时则输出这个的data数据(printf(%c”,hti.data);for(x=0;codex-1

13、!=#;x+)符串删除(codex=codex+j;/循环查找与输入字符相同的编号，相/输出完成后跳出当前for循环译码函数/把要进行译码的字符串存入code数组/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1当输入的字符串与所存储的编码字把已经使用过的code数组里的字(4) 主函数void main()(int n=26,i;char orz,back,flag=1;char str=A,B,C,D,E,F,G,H,T,J,K,L,M,N,O,P,Q,R,S,T,U,V,W,X,Y,Z;/初始化intfnum=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;/初始化建立结构体建立结构体把初始化的数据存入ht结构体中HTNode htM;HCode hcdN;for (i=0;in;i+)(hti.data=stri;hti.weight=fnumi;菜单函数，当flag为0时跳出循环(5)显示部分源程序：while (flag)printf() );printf(n* 1显示编码*);printf(n* 2进行编码*)