哈夫曼编码和译码的设计与实现

算法与数据结构课程设计哈夫曼编码和译码的设计与实现姓名：辛西娅学号：0734130151专业：软件工程年级：0701B指导教师：汪洋2009年6月4日1.问题描述利用哈夫曼编码进行通信可以大大提高信道的利用率，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（复原）。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码的编/译码系统。2.基本要求a.编/译码系统应具有以下功能：（1）I：初始化（Initialization）。从终端读入字符集大小n，以及n个字符和n个权值，建立哈夫曼树，并将它存于文件hfmTree中。（2）E：编码（Encoding）。利用已建好的哈夫曼树（如不在内存，则从文件hfmTree中读入），对文件ToBeTran中的正文进行编码，然后将结果存入文件CodeFile中。（3）D：译码（Decoding）。利用已建好的哈夫曼树将文件CodeFile中的代码进行译码，结果存入文件TextFile中。（4）P：印代码文件（Print）。将文件CodeFile以紧凑格式显示在终端上，每行50个代码。同时将此字符形式的编码文件写入文件CodePrin中。（5）T：印哈夫曼树（Treeprinting）。将已在内存中的哈夫曼树以直观的方式（树或凹入表形式或广义表）显示在终端上，同时将此字符形式的哈夫曼树写入文件TreePrint中。b.测试数据（1）利用下面这道题中的数据调试程序。某系统在通信联络中只可能出现八种字符，其概率分别为0.25，0.29，0.07，0.08，0.14，0.23，0.03，0.11，试设计哈夫曼编码。（2）用下表给出的字符集和频度的实际统计数据建立哈夫曼树，并实现以下报文的编码和译码：“THISPROGRAMISMYFAVORITE”。字符空格ABCDEFGHIJKLM频度1866413223210321154757153220字符NOPQRSTUVWXYZ频度57631514851802381811613．需求分析3.1程序的基本功能本程序可以对任何大小的字符型文件进行Huffman编码，生成一个编码文件。并可以在程序运行结束后的任意时间对它解码还原生成字符文件。即：先对一条电文进行输入，并实现Huffman编码，然后对Huffman编码生成的代码串进行译码，最后输出电文数字3.2输入/输出形式当进行编码时输入为原字符文件文件名，当程序运行编码完成之后输入编码文件名（默认名为code.dll）。当进行译码时输入为编码文件名（默认名为code.dll），从文件中读取Huffman编码树后输入字符文件的文件名。3.3测试数据要求本程序中测试数据主要为字符型文件。4．概要设计1.系统结构图（功能模块图）2．功能模块说明（1）.编码：提示要编码的文件文件名→读取文件→以字母出现次数为权值建立哈弗曼树→对文本进行哈弗曼编码并输出编码→提示将编码保存的文哈弗曼树编码译码器编码译码退出件名→保存编码文件；（2）.译码：提示输入要译码的文件名→利用建立好的哈弗曼树进行译码→将译码输出→提示保存译码文件的文件名→保存译码文件；（3）.退出：退出系统，程序运行结束。5．详细设计创建哈弗曼树开始初始化哈夫曼链表且有2n-1个节点i=1Inp-weight=count[i]p=p-nextfor(i=n;i2*n-1;i++)HT1-Parent=HT2-Parent=pp-LChild=HT1p-RChild=HT2p-weight=HT1-weight+HT2-weight结束编码开始将字符存入哈夫曼编码结构体数组的字符单元中if(q==q-Parent-LChild)HC[i].code[--HC[i].start]='0'HC[i].code[--HC[i].start]='1'p=p-nextI=n时结束译码6．调试分析1.从叶子节点开始向上遍历二叉树,获得哈夫曼编码;2.根据哈夫曼编码遍历哈夫曼树直到叶子节点,获得译码3.算法的时间复杂度分析：程序部分用双循环嵌套结构，时间复杂度为O（n2）.4．算法的空间复杂度分析：算法的空间复杂度为O（n）5.程序需要反复调试，并且调试过程比较慢，需要有一个比较正确的调试方开始Root指向根节点P!=rootcode[i]=='0'p=p-LChildp=p-Rchildp-LChild==NULL&&p-RChild==NULLs[k++]=str[j]p=root结束法，更需要我们有耐心7．用户使用说明1.输入字符的个数n2输入n个字符和n个权值3选择（1—5）操作可对huffman树进行编码和译码以及huffman树表的打印4退出系统8．测试结果9．附录#includestdio.h#includestdlib.h#includestring.h#defineMAX100structHafNode{intweight;intparent;charch;intlchild;intrchild;}*myHaffTree;structCoding{charbit[MAX];charch;intweight;}*myHaffCode;voidHaffman(intn)/*构造哈弗曼树*/{inti,j,x1,x2,s1,s2;for(i=n+1;i=2*n-1;i++){s1=s2=10000;x1=x2=0;for(j=1;j=i-1;j++){if(myHaffTree[j].parent==0&&myHaffTree[j].weights1){s2=s1;x2=x1;s1=myHaffTree[j].weight;x1=j;}elseif(myHaffTree[j].parent==0&&myHaffTree[j].weights2){s2=myHaffTree[j].weight;x2=j;}}myHaffTree[x1].parent=i;myHaffTree[x2].parent=i;myHaffTree[i].weight=s1+s2;myHaffTree[i].lchild=x1;myHaffTree[i].rchild=x2;}}voidHaffmanCode(intn){intstart,c,f,i,j,k;char*cd;cd=(char*)malloc(n*sizeof(char));myHaffCode=(structCoding*)malloc((n+1)*sizeof(structCoding));cd[n-1]='\0';for(i=1;i=n;++i){start=n-1;for(c=i,f=myHaffTree[i].parent;f!=0;c=f,f=myHaffTree[f].parent)if(myHaffTree[f].lchild==c)cd[--start]='0';elsecd[--start]='1';for(j=start,k=0;jn;j++){myHaffCode[i].bit[k]=cd[j];k++;}myHaffCode[i].ch=myHaffTree[i].ch;myHaffCode[i].weight=myHaffTree[i].weight;}free(cd);}voidprint(){printf(*******************************************************************************\n);printf(**********\n);printf(**********\n);printf(*****welcometohuffmancodingandcodeprinting*****\n);printf(**********\n);printf(**********\n);printf(*****1.init2.coding3.codeprinting4.printthehuffman5.exit*****\n);printf(**********\n);printf(*******************************************************************************\n);}Init(){inti,n,m;printf(nowinit\n);printf(pleaseinputthenumberofwords:\n);scanf(%d,&n);m=2*n-1;myHaffTree=(structHafNode*)malloc(sizeof(structHafNode)*(m+1));for(i=1;i=n;i++){printf(pleaseinputthewordandtheequal:\n);scanf(%s%d,&myHaffTree[i].ch,&myHaffTree[i].weight);myHaffTree[i].parent=0;myHaffTree[i].lchild=0;myHaffTree[i].rchild=0;}for(i=n+1;i=m;i++){myHaffTree[i].ch='#';myHaffTree[i].lchild=0;myHaffTree[i].parent=0;myHaffTree[i].rchild=0;myHaffTree[i].weight=0;}Haffman(n);HaffmanCode(n);for(i=1;i=n;i++){printf(%c%d,myHaffCode[i].ch,myHaffCode[i].weight);printf(\n);}printf(initsuccess!\n);returnn;}voidCaozuo_C(intm)/*对字符进行编码*/{intn,i,j;charstring[50],*p;printf(pleaseinputthewords：\n);scanf(%s,string);n=strlen(string);for(i=1,p=string;i=n;i++,p++){for(j=1;j=m;j++)if(myHaffCode[j].ch==*p)printf(%s\n,myHaffCode[j].bit);}}voidCaozuo_D(intn){inti,c;charcode[1000],*p;printf(pleaseinputthecoding：\n);scanf(%s,code);for(p=code,c=2*n-1;*p!='\0';p++){if(*p=='0'){c=myHaffTree[c].lchild;if(myHaffTree[c].lchild==0){printf(%c,myHaffTree[c].ch);c=2*n-1;continue;}}elseif(*p=='1'){c=myHaffTree[c].rchild;if(myHaffTree[c].lchild==0){printf(%c,myHaffTree[c].ch);c=2*n-1;continue;}}}printf(\n);}voidCaozuo_T(intn){inti;printf(wordequalleftchildrightchildprents\n);for(i=1;i=2*n-1;i++)printf(%c%d%d%d%d\n,myHaffTree[i].ch,myHaffTree[i].weight,myHaffTree[i].lchild,myHaffTree[i].rchild,myHaffTree[i].parent);}main(){intn;charchar1;print();n=Init();while(1){printf(A.codingB.c