哈夫曼编码译码系统实验报告,数据结构课程设计.doc

安徽大学数据结构课程设计报告项目名称：哈弗曼编/译码系统的设计与实现姓名：鉏飞祥学号：E21414018专业：软件工程完成日期2016/7/4计算机科学与技术学院1 .需求分析1.1问题描述 问题描述：利用哈夫曼编码进行通信可以大大提高信道利用率，缩短信息传输时间，降低传输成本。但是，这要求在发送端通过一个编码系统对待传数据预先编码，在接收端将传来的数据进行译码（解码）。对于双工信道（即可以双向传输信息的信道），每端都需要一个完整的编/译码系统。试为这样的信息收发站设计一个哈夫曼编译码系统。1.2基本要求 (1)输入的形式和输入值的范围； (2)输出的形式； (3)程序所能达到的功能。1.基本要求（1）初始化（Initialzation）。从数据文件DataFile.data中读入字符及每个字符的权值，建立哈夫曼树HuffTree；（2）编码（EnCoding）。用已建好的哈夫曼树，对文件ToBeTran.data中的文本进行编码形成报文，将报文写在文件Code.txt中；（3）译码（Decoding）。利用已建好的哈夫曼树，对文件CodeFile.data中的代码进行解码形成原文，结果存入文件Textfile.txt中；（4）输出（Output）。输出DataFile.data中出现的字符以及各字符出现的频度（或概率）；输出ToBeTran.data及其报文Code.txt；输出CodeFile.data及其原文Textfile.txt；2. 概要设计说明本程序中用到的所有抽象数据类型的定义。主程序的流程以及各程序模块之间的层次(调用)关系。(1) 数据结构哈夫曼树的节点struct huff int weight; int parent; int l; int r;哈夫曼编码的存储struct huff *hufftree;(2) 程序模块选择1到i-1中parent为0且权值最小的两个下标void Select(struct huff *HT, int n, int &s1, int &s2)构建哈夫曼树：void huffmancoding(struct huff *ht,int *w,int n)对原文进行编码：void code(char *c)根据报文找到原文：void decoding(char *zifu)3. 详细设计 核心技术分析：1：构建哈夫曼树及生成哈夫曼编码：根据每个字符权值不同，根据最优二叉树的构建方法，递归生成哈夫曼树，并且用数组存放哈夫曼树。再从每一叶子节点向树根遍历，求得编码例如：如图所示的四个节点v1，v2，v3，v4，他们的权值分别为7，11,4,5V2V1 7 11 4 5V3V4 第一步：选择两个权值最小的节点作为左右子孩子，建立一个二叉树，双亲权值为两个自孩子之和，如图 7 11 9VV2V1V3V4重复第一步： 11 16V2V1V3V427重复第一步： 16V2V1V3V4则此时建立的是优有二叉树，约定定左子树边编码为1，右子树编码为0，则可以对次二叉树进行编码，如图： 10V210V110V3V4则各顶点的编码为：V1 01V2 1V3 001V4 0002：将原文编码：逐个从文件读入字符，根据已经建立好的哈夫曼树，找到每一字符对应的编码3：将报文译码：步骤一：先读入一个字符，存入匹配字符串步骤二：根据匹配串找所有的哈夫曼编码，如果找到对应的编码，则输入该编码所对应的字符，如果找不到，则读入两个字符存入匹配串，重复步骤二，找到为止。步骤三：把剩下的字符重复步骤一二4. 测试与分析 调试过程，不可能错的分配空间的语句却莫名的让整个程序崩溃，关于编译原理和内存分配的各种问题太欠缺。学了计算机组成原理与体系结构也不知道比如在自定义函数中：Char *c;C=(char *)malloc(4*sizoef(char *);C2=(char *)malloc(4*sizeof(char);这样竟然会让程序这执行到这一句时崩溃，本来不可能有错误的。而这句如果写在主函数中，就不会有问题。分配的空间不大，不可能是内存不够用。解决的方法是分开，把C=(char *)malloc(4*sizoef(char *);放在主函数中，另外一句不变依然在自定义函数中。malloc和free尽量配对使用，注意：malloc后通常要对返回值进行判断，避免发生不必要的错误。注意，最好再p 被free掉后，加上p=NULL这句“野指针”不是NULL指针，是指向“垃圾”内存（不可用内存）的指针。人们一般不会错用NULL指针，因为用if语句很容易判断。但是“野指针”是很危险的，if无法判断一个指针是正常指针还是“野指针”。有个良好的编程习惯是避免“野指针”的唯一方法。指针p被free或者delete之后，没有置为NULL，让人误以为p是个合法的指针。别看free和delete的名字（尤其是delete），它们只是把指针所指的内存给释放掉，但并没有把指针本身干掉。此时指针指向的就是“垃圾”内存。释放后的指针应立即将指针置为NULL，防止产生“野指针”malloc函数动态申请的内存空间是在堆里(而一般局部变量存于栈里)，并且该段内存不会被初始化，与全局变量不一样，如果不采用手动free()加以释放，则该段内存一直存在，直到程序退出才被系统，所以为了合理使用内存，在不适用该段内存时，应该调用free()。另外，如果在一个函数里面使用过malloc，最好要配对使用free，否则容易造成内存泄露（没有将内存还给自由存储区）。但是，往往会在free的时候发生段错误.正确的做法是这样：/在分配之前加一句判断指针是否为空，防止产生内存泄露程序运行结果：完美解决所提出的问题。5. 附录 #include#include#includestruct huff int weight; int parent; int l; int r;int mm;/*记录哈夫曼字码的个数*/struct huff *hufftree;char *huffmancode;void Select(struct huff *HT, int n, int &s1, int &s2)/选择函数，选出parent为零，且权值最小的两个节点int min1=100;int min2=100;int i;for(i=1;iHTi.weight)&(HTi.parent=0) min1=HTi.weight; for(i=1;i=n;i+) if(min1=HTi.weight)&(HTi.parent=0) s1=i; break; for(i=1;iHTi.weight)&(HTi.parent=0)&(i!=s1) min2=HTi.weight; for(i=1;i=n;i+) if(min2=HTi.weight)&(HTi.parent=0)&(i!=s1) s2=i; break; int pipei(char *c)/*在huffmancode寻找匹配的编码*/ int i; for(i=1;imm;i+) if(strcmp(c,huffmancodei)=0) return i; break; return 0;void decoding(char *zifu)/*对哈夫曼编码进行译码*/ FILE *fp,*fp1; int i,j,p,ii; int n; char c11; for(i=0;i10;i+) ci=0; printf(codefile.txt报文为：n); if(fp=fopen(codefile.txt,r)=NULL) printf(errorn); char a100; for(i=1;i+) fscanf(fp,%c,&ai); if(ai=#) break; printf(%c,ai); printf(n); fclose(fp); if(fp1=fopen(testfile.txt,w)=NULL) printf(errorn); i=1; j=1; int m=1; printf(对应原文为n); while(true) if(am=#) break; for(j=0;ji;j+) cj=am+j; n=pipei(c); if(n!=0) fprintf(fp1,%c,zifun); printf(%c,zifun); m=m+i; i=1; else i+; for(ii=0;ii10;ii+) cii=0; printf(n); fclose(fp1);int main() system(color e0); /可以写成 red 调出颜色组 system(title huffman系统); /设置cmd窗口标题 system(date /T); system(TIME /T); void huffmancoding(struct huff *ht,int *w,int n); void code(char *c); int i; FILE *fp,*fp1,*fp2; if(fp=fopen(DataFile.txt,r)=NULL) printf(errorn); int w28; char c28; printf(从文件DataFile.txt读入字符和权值分别为：n); for(i=1;i+) fscanf(fp,%c,&ci); if(ci=#) break; fscanf(fp,%d,&wi); printf(%c: ,ci); printf(%dn,wi); fclose(fp); int m=i-1; mm=i; huffmancode=(char *)malloc(i*sizeof(char *); huffmancoding(hufftree,w,m); printf(各字符的编码为n); for(i=1;i=m;i+) printf(%c: ,ci); printf(%sn,huffmancodei); code(c); decoding(c); return 0;void code(char *c)/*根据原文进行编码*/ FILE *fp,*fp1; int i,j; char a100; printf(tobetran.txt原文为：n); if(fp=fopen(tobetran.txt,r)=NULL) printf(errorn); for(i=1;i+) fscanf(fp,%c,&ai); if(ai=#) printf(n); break; printf(%c ,ai); fclose(fp); if(fp1=fopen(code.txt,w)=NULL) printf(errorn); printf(对应报文为：n); for(i=1;i+) if(ai=#) break; for(j=1;j=26;j+) if(ai=cj) fprintf(fp1,%s,huffmancodej); printf(%s,huffmancodej); break; printf(n); fclose(fp1);void huffmancoding(struct huff *ht,int *w,int n)/*构建哈夫曼树和哈夫曼编码*/ if(n=1) return; int m,i; m=2*n-1; ht=(struct huff *)malloc(m+1)*sizeof(struct huff); struct huff *p; for(p=ht,i=0;iweight=*w; p-parent=0; p-l=0; p-r=0; for(;il=0; p-weight=0; p-parent=0; p-r=0; for(i=1;i=4;i+) for(i=n+1;i=m;i+) int s1,s2; Select(ht,i-1,s1,s2); hts1.parent=i; hts2.parent=i; hti.l=s1; hti.r=s2; hti.weight=hts1.weight+hts2.weight; char *cd; cd=(char *)malloc(n*sizeof(char); cdn-1=0; int start,