数据结构 课程设计报告
课
题:
哈夫曼编码译码器
专业班级:
信 息 06102 班
学
号:
200616020208
姓
名:
李 宇 光
指导教师:
屠 添 翼
评阅意见:
评定成绩:
目
录
指导老师签名:
年
月
日
目
录
目录.....................................................................................................1
1 课程设计的目的和意义.................................................................2
2 需求分析.........................................................................................3
3 系统(项目)设计.........................................................................5
①设计思路及方案………………………………………………5
②模块的设计及介绍……………………………………………5
③主要模块程序流程图…………………………………………8
4 系统实现.......................................................................................11
①主调函数…………..…………………………..……………..12
②建立 HuffmanTree……………………………………………12
③生成 Huffman 编码并写入文件……………………………..15
④电文译码……………………………………………………..16
5 系统调试.......................................................................................17
参考文献...........................................................................................20
附录 源程序.....................................................................................21
1
1 课程设计的目的和意义
在当今信息爆炸时代,如何采用有效的数据压缩技术来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“0”
或“1”的序列作为和各个对应的字符的编码,这就是哈夫曼编码。
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,总希望总长度尽可能最短,
即采用最短码。
作为信息管理专业的学生,我们应该很好的掌握这门技术。在课堂上,我们
能过学到许多的理论知识,但我们很少有过自己动手实践的机会!课程设计就是
为解决这个问题提供了一个平台。
在课程设计过程中,我们每个人选择一个课题,认真研究,根据课堂讲授内
容,借助书本,自己动手实践。这样不但有助于我们消化课堂所讲解的内容,还
可以增强我们的独立思考能力和动手能力;通过编写实验代码和调试运行,我们
可以逐步积累调试 C 程序的经验并逐渐培养我们的编程能力、用计算机解决实际
问题的能力。
在课程设计过程中,我们不但有自己的独立思考,还借助各种参考文献来帮
助我们完成系统。更为重要的是,我们同学之间加强了交流,在对问题的认识方
面可以交换不同的意见。同时,师生之间的互动也随之改善,我们可以通过具体
的实例来从老师那学到更多的实用的知识。
数据结构课程具有比较强的理论性,同时也具有较强的可应用性和实践性。
课程设计是一个重要的教学环节。我们在一般情况下都能够重视实验环节,但是
容易忽略实验的总结,忽略实验报告的撰写。通过这次实验让我们明白:作为一
名大学生必须严格训练分析总结能力、书面表达能力。需要逐步培养书写科学实
验报告以及科技论文的能力。只有这样,我们的综合素质才会有好的提高。
2
课
题:哈夫曼编码译码器系统
2 需求分析
问题描述:打开一篇英文文章,统计该文章中每个字符出现的次数,然后以它们
作为权值,对每一个字符进行编码,编码完成后再对其编码进行译码。
问题补充:1. 从硬盘的一个文件里读出一段英语文章;
2. 统计这篇文章中的每个字符出现的次数;
3. 以字符出现字数作为权值,构建哈夫曼树,并将哈夫曼树的存储
结构的初态和终态进行输出;
4. 对每个字符进行编码并将所编码写入文件然后对所编码进行破
译。
具体介绍:在本课题中,我们在硬盘 E 盘中预先建立一个 file1.txt 文档,在里面
编辑一篇文章(大写)。然后运行程序,调用 fileopen()函数读出该文章,
显示在界面;再调用 jsq()函数对该文章的字符种类进行统计,并对每
个字符的出现次数进行统计,并且在界面上显示;然后以每个字符出
现次数作为权值,调用 ChuffmanTree()函数构建哈夫曼树;并调用
print1()和 print2()函数将哈夫曼的存储结构的初态和终态进行输出。
然后调用 HuffmanEncoding()函数对哈夫曼树进行编码,调用 coding()
函数将编码写入文件;再调用 decode()对编码进行译码,再输出至界
面。至此,整个工作就完成了。
测试数据:例如从文本中读到文章为:IAMASTUDENT。
则效果如下:
IAMASTUDENT
--------------------------------------
HuffmanTree 的初态:
2
1
1
1
1
1
1
2
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
-
-
-
-
-
-
-
-
--------------------------------------
字符 A 次数:2
字符 D 次数:1
字符 E 次数:1
字符 I 次数:1
字符 M 次数:1
字符 N 次数:1
字符 S 次数:1
字符 T 次数:2
字符 U 次数:1
--------------------------------------
HuffmanTree 的终态:
0
0
2
0
0
1
0
1
0
0
0
1
0
0
1
0
1
0
0
0
1
0
0
2
0
0
1
3
2
2
5
4
2
7
6
2
1
3
9
10
8
4
12
11
4
14
7
13
11
16
15
--------------------------------------
译码后的字符串:
IAMASTUDENT
**********************************************************
Press any key to continue
13
10
10
11
11
12
12
14
13
14
15
15
16
16
17
17
0
4
3 系统(项目)设计
(1)设计思路及方案
本课题是用最优二叉树即哈夫曼树来实现哈夫曼编码译码器的功能。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(W1*L1)+(W2*L2)+…+(Wi*Li)。若将此对应到二叉树上,Wi 为叶
结点,Li 为根结点到叶结点的路径长度。那么,(W1*L1)+(W2*L2)+…+(Wi*Li)
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。
该系统将实现以下几大功能:从硬盘读取字符串,建立哈夫曼树,输出哈夫
曼树的存储结构的初态和终态,输出各种字符出现的次数以及哈夫曼编码的译码
等。
(2)模块的设计及介绍
①从硬盘读取字符串
fileopen(参数)
{
}
实现命令;
打印输出;
②建立 HuffmanTree
通过三个函数来实现:
void select(参数)
{
初始化;
for
{
接受命令;
处理命令;
}
5
}
说明:在 ht[1....k]中选择 parent 为 0 且权值最小的两个根结点的算法
int jsq(参数)
{
}
初始化;
for
{
接受命令;
处理命令;
}
说明:统计字符串中各种字母的个数以及字符的种类
void ChuffmanTree()
{
}
初始化;
for
{
接受命令;
处理命令;
}
输出字符统计情况;
说明:构造哈夫曼树
③输出哈夫曼树的存储结构的初态和终态
分别调用 print1()和 print2()来实现
void print1(参数)
{
初始化;
输出初态;
6
}
说明:输出哈夫曼树的初态
void print2(参数)
{
}
for
{
}
输出终态;
说明:输出哈夫曼树的终态
④哈夫曼编码和译码
void HuffmanEncoding(参数)
{
}
定义变量;
{
}
处理命令;
说明:哈夫曼编码
char*decode(参数)
{
}
定义变量;
while
{
接受命令;
处理命令;
}
说明:哈夫曼译码
7