华北科技学院_《数据结构》_哈夫曼压缩_实验报告

1、华北科技学院计算机系综合性实验实 验 报 告 课程名称 数据结构实验 实验学期 2011 至 2012 学年 第 一 学期学生所在系部 计算机学院 年级 专业班级 学生姓名 学号 任课教师 鞠宏军 实验成绩 计算机系制实验报告须知1、 学生上交实验报告时，必须为打印稿（A4纸）。页面空间不够，可以顺延。2、 学生应该填写的内容包括：封面相关栏目、实验地点、时间、目的、设备环境、内容、结果及分析等。3、 教师应该填写的内容包括：实验成绩、教师评价等。4、 教师根据本课程的实验指导中实验内容的要求，评定学生的设计性实验成绩；要求在该课程期末考试前将实验报告交给任课教师。设计性实验中，所涉及的程序，

2、文档等在交实验报告前，拷贝给任课教师。任课教师统一刻录成光盘，与该课程的期末考试成绩一同上交到系里存档。5、 未尽事宜，请参考该课程的实验大纲和教学大纲。数据结构（C语言）实验报告专业：计算机科学与技术地点：基础实验室五一、 实验题目：用哈夫曼编码实现文件压缩。二、实验目的：1、了解文件的概念。2、掌握线性链表的插入、删除等算法。3、掌握Huffman树的概念及构造方法。4、掌握二叉树的存储结构及遍历算法。5、利用Huffman树及Huffman编码，掌握实现文件压缩的一般原理。三、实验设备与环境：微型计算机、Windows 系列操作系统 、Visual C+6.0软件四、实验内容：根据asc

3、ii码文件中各ascii字符出现的频率情况创建Haffman树，再将各字符对应的哈夫曼编码写入文件中，实现文件压缩。五、概要设计：本次实验将文件中的字符作为结点，每个字符在文件中出现的频率作为结点的权值，采用Huffman算法构造Huffman树，将字符用尽可能短的二进制数位表示（频率越低，二进制数位越长），而不是用8位的ASCII码进行存储，已达到节省存储空间，压缩文件的目的。程序设计的步骤如下：统计需压缩文件中每个字符出现的频率。将每个字符出现的频率作为叶子结点构建Huffman树，然后将树中结点引向其左孩子的分支标“0”，引向其右孩子的分支标“1”；每个字符的编码即为从根到每个叶子的路径

4、上得到的0、1序列，这样便完成了Huffman编码，将每个字符用最短的二进制字符表示。打开需压缩文件，再将需压缩文件中的每个ASCII码对应的huffman编码按bit单位输出。文件压缩结束。六、详细设计：（1）构造Hufffman树的方法Hufffman算法构造Huffman树步骤：1） 根据给定的n个权值w1,w2,wn，构造n棵只有根结点的二叉树，令起权值为wj。2） 在森林中选取两棵根结点权值最小的树作左右子树，构造一棵新的二叉树，置新二叉树根结点权值为其左右子树根结点权值之和。3） 在森林中删除这两棵树，同时将新得到的二叉树加入森林中。4） 重复上述两步，直到只含一棵树为止，这棵树即

5、哈夫曼树。（2）Huffman编码：数据通信用的二进制编码思想：根据字符出现频率编码，使电文总长最短编码：根据字符出现频率构造Huffman树，然后将树中结点引向其左孩子的分支标“0”，引向其右孩子的分支标“1”；每个字符的编码即为从根到每个叶子的路径上得到的0、1序列。（3）二叉树的存储结构 typedef struct node datatype data; struct node *lchild, *rchild;BinTree;压缩过程的实现的流程图如下:压缩过程的实现：（1）分为：创建Haffman树à打开需压缩文件à将需压缩文件中的每个ascii码对应的haff

6、man编码按bit单位输出à文件压缩结束。（2其中，步骤和步骤是压缩过程的关键。1） 步骤1:这里所要做工作是得到Haffman数中各叶子结点字符出现的频率并进行创建。统计字符出现的频率可以有很多方法:如每次创建前扫描被创建的文件，“实时”的生成各字符的出现频率；或者是创建前即做好统计。本文采用后一种的方案,统计了十篇不同的文章中字符出现的频率。当前，也可以根据被压缩文件的特性有针对性的进行统计，如要压缩C语言的源文件，则可事先对多篇C语言源文件中出现的字符进行统计,这样，会创建出高度相对较“矮”的Haffman树，从而提高压缩效果。2） 步骤3: 将需压缩文件中的每个ascii码对

7、应的haffman编码按bit单位输出，这是本压缩程序中最关键的部分。（3）这里涉及“转换”和“输出”两个关键步骤：“转换”部分大可不必去通过遍历Haffman树来找到每个字符对应的哈夫曼编码，可以将每个Haffman码值及其对应的ascii码存放于如下所示的结构体中：七、Code.c核心代码：Code.c#include "ECBTree.h"#include "MyAssert.h"#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>#define LEN

8、GTH 128#define DEBUG 1#define REARPOS 80char dotTxt=".txt" /输入文件（待压缩文件）文件名后缀char dotRer=".rer" /输出文件文件名后缀int getBinLen(unsigned long inData);void main(int argc,char* argv) /主函数 long wListLENGTH; /声明主函数中用到的变量以及机构体 unsigned long haffCodeListLENGTH; int haffCodeLenLENGTH; HaffCode h

9、affListLENGTH; PHtTree myHtTree; /声明哈弗曼树机构体 char inputFileNameLENGTH,outputFileNameLENGTH; /定义字符串数组 用于存放 接受和输出文件名 FILE* inputFile,* outputFile,* keyFile; int fileNameLen; char inData,outputData; unsigned long curCode,tmpBinData; int curLen,realLen,curIndex; int i; int count; unsigned long rearCode;

10、/用作后方的数据参考 int rearCodeLen; if (argc<=1) /判断程序运行时是否附带文件路径参数 printf("please enter your file address.n"); return; else strcpy(inputFileName,argv1); /拷贝输入输出文件 文件的路径 strcpy(outputFileName,argv1); fileNameLen=strlen(argv1); /文件路径名长度 outputFileNamefileNameLen-4='0' /重命名输出文件名 strcat(ou

11、tputFileName,dotRer); /将.txt替换为.rer inputFileNamefileNameLen='0' outputFileNamefileNameLen+4='0' if(inputFile=fopen(inputFileName,"rb")=NULL) /打开要压缩的文件 printf("file path not foundn"); return; if (DEBUG) printf("input file open successn"); /打开成功提示 assertF

12、(outputFile=fopen(outputFileName,"wb")!=NULL,"output file error"); /打开创建输出文件 if (DEBUG) printf("output file open successn"); /打开或者创建成功提示 if(keyFile=fopen("KEY.txt","rb")=NULL) /打开字符出现的频率(即权值)key.txt文件 printf(">-keyFile not founded-<n"

13、); /打开失败提示 return; for(i=0;i<LENGTH-1;i+) /读取字符出现的频率(即权值)key.txt文件放到wList数组中 fscanf(keyFile,"%d,",&wListi); fscanf(keyFile,"%d;",&wListi); myHtTree=haffmanAlgorithm(LENGTH,wList); /建立赫夫曼树 for(i=0;i<LENGTH;i+) /字符的hafflist对应编码 haffListi.asciiCode=(char)i; preHaffList

14、Make(myHtTree,myHtTree->rootIndex,0x000000,0,haffList); /根据预先设置的不同字符的权重，得到128个ASCII码对应的赫夫曼编码 fprintf(stdout,"haffCode List:rn"); for(i=0;i<LENGTH-1;i+) /输出对应的128个ASCII码对应的赫夫曼编码 fprintf(stdout,"%d,",haffListi.haffCode); fprintf(stdout,"%drn",haffListi.haffCode); fp

15、rintf(stdout,"haffCode List Len:rn"); for(i=0;i<LENGTH-1;i+) /输出每个字符对应的赫夫曼编码的长度 fprintf(stdout,"%d,",haffListi.haffCodeLen); fprintf(stdout,"%drn",haffListi.haffCodeLen); if(DEBUG) printf("ntest start.n"); /开始处理输入文件，并写入输出文件 curIndex=curLen=0; rearCode=haffL

16、istREARPOS.haffCode; rearCodeLen=haffListREARPOS.haffCodeLen; while(!feof(inputFile) /读取文件，知道读取所以字符后结束 count=0; outputData=0x01; while(count<8) if(curIndex=curLen) /1.get data. if(feof(inputFile) break; inData=fgetc(inputFile); /读取文件中得字符返回给inData if(inData=-1&&feof(inputFile) if(count=0)

17、outputData=-1; else /对后面的输出调整 for(i=0;i<8-count;i+) outputData<<=1; outputData|=(rearCode>>(rearCodeLen-1-i)&0x01); break; curCode=haffListinData.haffCode; /获取inData对应的编码 curLen=haffListinData.haffCodeLen; realLen=getBinLen(curCode); i=curLen-realLen; curIndex=0; if(i>0) output

18、Data<<=1; /不需要位数据 i-; else tmpBinData=(curCode>>(curLen-curIndex-1)&0x01; outputData<<=1; outputData|=(char)tmpBinData; /*-*/ curIndex+; count+; fputc(outputData,outputFile); /输出压缩后的数据到outputFile对应文件中 if(DEBUG) printf("ntest ends.n"); fclose(inputFile); /关闭输入文件 fclose

19、(outputFile); /关闭输出文件 getchar(); return;EBCTree.c#include "ECBTree.h"#include "MyAssert.h"#include <stdio.h>#include <stdlib.h>PHtTree haffmanAlgorithm(int m,EBTreeType* w) PHtTree pht; int i,j; int firstMinIndex,secondMinIndex; int firstMinW,secondMinW; pht=(PHtTree)

20、malloc(sizeof(struct HtTree); assertF(pht!=NULL,"in haffman algorithm,mem apply failuren"); for(i=0;i<2*m-1;i+)/初始化哈弗曼树 pht->hti.llinkIndex=-1; pht->hti.rlinkIndex=-1; pht->hti.parentIndex=-1; if(i<m) pht->hti.ww=wi; pht->=(char)i; else pht->hti.ww=-1; for(i

21、=0;i<m-1;i+)/新的内部节点：M - 1 firstMinW=MAXCHAR; firstMinIndex=-1; secondMinW=MAXCHAR; secondMinIndex=-1; for(j=0;j<m+i;j+) if(pht->htj.ww<firstMinW&&pht->htj.parentIndex=-1) /将minFirst复制给minSecond secondMinIndex=firstMinIndex; secondMinW=firstMinW; /设置新的第一个分节点。 firstMinIndex=j; f

22、irstMinW=pht->htj.ww; else if(pht->htj.ww<secondMinW&&pht->htj.parentIndex=-1) secondMinW=pht->htj.ww; secondMinIndex=j; /构造一个新的节点。M + i是当前新的节点的索引 pht->htfirstMinIndex.parentIndex=m+i; pht->htsecondMinIndex.parentIndex=m+i; pht->htm+i.ww=firstMinW+secondMinW; pht->htm+i.llinkIndex=firstMinIndex; pht->htm+i.rlinkIndex=secondMinIndex; pht->rootIndex=m+i; return pht;void preHaffListMake(PHtTree inTree,int rootIndex,unsigned long youBiao,int sDepth,HaffCode* inL