哈夫曼编/译码器

之前上传的文件除了点格式问题，现已恢复。

1、  课程设计的目的

（1） 熟练使用C语言编写程序，解决实际问题；

（2） 了解并掌握数据结构与算法的设计方法，具备初步的独立分析和设计能力；

（3） 初步掌握软件开发过程的问题分析、系统设计、程序编码、测试等基本方法和技能；

（4） 提高综合运用所学的理论知识和方法独立分析和解决问题的能力；

2、  需求分析

1、问题描述：

利用赫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，在接收端讲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。

2、基本要求：

（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，建立赫夫曼树，并将它存于文件hfmTree中。

（2）      E：编码（Encoding）。利用已建好的赫夫曼树，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）。利用已建好的赫夫曼树将文件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:印赫夫曼树（TreePrinting）。将已在内存中的赫夫曼树以直观的方式（树或凹入表形式）显示在终端上，同时将此字符形式的赫夫曼树写入文件TreePrint中。

3、实现提示：

（1）   编码结果以文本方式存储在文件CodeFile中。

（2）   用户界面可以设计为“菜单”方式：显示上述功能符号，再加上“Q”，表示退出运行Quit。请用户键入一个选择功能符。此功能执行完毕后再显示此菜单，直至某次用户选择了“Q”为止。

3、课程设计报告内容

   概要设计

（1）在分析题目要求的基础上，我首先设计了存储结构，定义如下

typedef struct{  

        int weight;  

char ch;                

        int parent,lchild,rchild;

}HTNode,*HuffmanTree;//节点信息

 

typedef char **HuffmanCode; //存储哈夫曼编码

 

全局变量

HuffmanTree HT;

int n=0;

HuffmanCode HC;

int *w;

char *ch;

（2）基本操作：

void welcome();   //操作选择界面

void select(HuffmanTree HT,int j,int &s1,int &s2); //选择parent为0且weight最小的两个结点

void Init(); //输入字符及其权值，建立哈夫曼树

void Encoding(); //编码

void Decoding(); //译码

void Tree_printing(); //打印哈夫曼树

void Print();//打印代码

void HuffmanCoding(HuffmanTree&HT,HuffmanCode &HC,int *w,int n,char*ch);   

void Free();//释放动态分配的空间

   函数调用关系基本结构图如下所示 ：

 

   

3、    调试分析

4、    用户手册

1.本程序的运行环境为DOS操作系统，执行文件为哈夫曼编译码器.exe。

2.进入演示程序后，即显示文本方式的用户界面。

 

4、小结

一、这次课程设计的心得体会通过实践我的收获如下：

 

1、巩固和加深了对数据结构的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。

2、培养了我选用参考书，查阅手册及文献资料的能力。培养独立思考，深入研究，分析问题、解决问题的能力。

3、通过实际编译系统的分析设计、编程调试，掌握应用软件的分析方法和工程设计方法。

4、通过课程设计，培养了我严肃认真的工作作风，逐步建立正确的生产观念、经济观念和全局观念。

二、根据我在实习中遇到得问题，我将在以后的学习过程中注意以下几点：

1、认真上好专业实验课，多在实践中锻炼自己。

2、写程序的过程中要考虑周到，严密。

3、在做设计的时候要有信心，有耐心，切勿浮躁。

4、认真的学习课本知识，掌握课本中的知识点，并在此基础上学会灵活运用。

5、在课余时间里多写程序，熟练掌握在调试程序的过程中所遇到的常见错误，以便能节省调试程序的时间。            

5、程序清单：

<pre name="code" class="cpp">/*哈夫曼编/译码器*/#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <string.h>typedef struct{           int weight;      char ch;                         int parent,lchild,rchild;}HTNode,*HuffmanTree;typedef char **HuffmanCode; //存储哈夫曼编码HuffmanTree HT; int n=0;HuffmanCode HC;int *w;char *ch;void welcome();    //操作选择界面void select(HuffmanTree HT,int j,int &s1,int &s2); //选择parent为0且weight最小的两个结点void Init(); //输入字符及其权值，建立哈夫曼树void Encoding(); //编码void Decoding(); //译码void Tree_printing(); //打印哈夫曼树 void Print();//打印代码 void HuffmanCoding(HuffmanTree&HT,HuffmanCode &HC,int *w,int n,char *ch); void Free();//释放动态分配空间 void welcome() {printf("**************************************\n");printf("*          请选择如下操作            *\n");printf("*            I.初始化                *\n");printf("*            E.编码                  *\n");printf("*            D.译码                  *\n");printf("*            P.印代码文件            *\n");printf("*            T.打印哈夫曼树          *\n");printf("*            Q.退出                  *\n");printf("**************************************\n");}void Init(){FILE *fp;int i;printf("请输入字符个数:\n");scanf("%d",&n);while(n<2){printf("输入的数据有误，请重新输入:\n");scanf("%d",&n);}ch=(char *)malloc(n*sizeof(char));printf("请输入所有字符:\n");getchar();for(i=0;i<n;++i)scanf("%c",&ch[i]);w=(int *)malloc(n*sizeof(int));printf("请输入这些字符的权值:\n");for(i=0;i<n;++i)scanf("%d",&w[i]);HuffmanCoding(HT,HC,w,n,ch);/*printf("编码结果如下:\n");for(i=1;i<=n;++i)printf("%c:%s\n",HT[i].ch,HC[i]);*///调试 fp=fopen("hfmTree.txt","w");fprintf(fp,"%d",n);for(i=0;i<n;++i)fprintf(fp,"%c",ch[i]);for(i=0;i<n;++i)fprintf(fp,"%5d",w[i]);for(i=1;i<=n;++i)fprintf(fp,"\n%c:%s",HT[i].ch,HC[i]);fclose(fp);printf("初始化成功\n");} void select(HuffmanTree HT,int j,int &s1,int &s2){int i;for(i=1;i<=j;i++) if(HT[i].parent==0){s1=i;break;}for (;i<=j;i++)   if ((HT[i].parent==0)&&(HT[i].weight<HT[s1].weight))    s1=i;  HT[s1].parent=1;for(i=1;i<=j;i++)   if(HT[i].parent==0){s2=i;break;}for(;i<=j;i++)   if((HT[i].parent==0)&&(i!=s1)&&(HT[i].weight<HT[s2].weight))    s2=i;}void HuffmanCoding(HuffmanTree&HT,HuffmanCode &HC,int *w,int n,char *ch){int m;m=2*n-1;int j,s1,s2,k;HT=(HTNode *)malloc((m+1)*sizeof(HTNode));HTNode *p;int i;for(p=HT+1,i=1;i<=n;++p,++i,++w,++ch){p->ch=*ch;p->weight=*w;p->parent=p->lchild=p->rchild=0;}for(;i<=m;++i,++p){p->ch=0;p->weight=0;p->parent=p->lchild=p->rchild=0;}for(i=n+1;i<=m;++i){select(HT,i-1,s1,s2);HT[s1].parent=i;HT[s2].parent=i;HT[i].lchild=s1;HT[i].rchild=s2;HT[i].weight=HT[s1].weight+HT[s2].weight;}HC=(char**)malloc((n+1)*sizeof(char*));char *cd;cd=(char *)malloc(n*sizeof(char));cd[n-1]='\0';int start,c,f;for(i=1;i<=n;++i){start=n-1;for(c=i,f=HT[i].parent;f!=0;c=f,f=HT[f].parent){if(HT[f].lchild==c) cd[--start]='0';else cd[--start]='1';}HC[i]=(char *)malloc((n-start)*sizeof(char));strcpy(HC[i],&cd[start]);}free(cd);}void Encoding(){FILE *fp,*fp1;int i;char in;if(n==0){fp=fopen("hfmTree.txt","r");fscanf(fp,"%d",&n);if(feof(fp)){printf("请先初始化哈夫曼树！\n");}ch=(char *)malloc(n*sizeof(char));for(i=0;i<n;++i)fscanf(fp,"%c",&ch[i]);w=(int *)malloc(n*sizeof(int));for(i=0;i<n;++i)fscanf(fp,"%d",&w[i]);HuffmanCoding(HT,HC,w,n,ch);printf("已载入哈夫曼树！\n");fclose(fp);}fp=fopen("ToBeTran.txt","r");printf("成功读取ToBeTran.txt\n");fp1=fopen("CodeFile.txt","w");fscanf(fp,"%c",&in);while(!feof(fp)){for(i=1;i<=n;++i){if(HT[i].ch==in)break;}fprintf(fp1,"%s",HC[i]);fscanf(fp,"%c",&in);}printf("\n编码结束，结果已存入CodeFile.txt文件中！\n");fclose(fp);fclose(fp1);}void Decoding(){FILE *fp,*fp1;int i,m;char in;if(n==0){fp=fopen("hfmTree.txt","r");fscanf(fp,"%d",&n);if(feof(fp)){printf("请先初始化哈夫曼树！\n");}ch=(char *)malloc(n*sizeof(char));for(i=0;i<n;++i)fscanf(fp,"%c",&ch[i]);w=(int *)malloc(n*sizeof(int));for(i=0;i<n;++i)fscanf(fp,"%d",&w[i]);HuffmanCoding(HT,HC,w,n,ch);printf("已载入哈夫曼树！\n");fclose(fp);}fp=fopen("CodeFile.txt","r");fp1=fopen("TextFile.txt","w");for(i=1;HT[i].parent!=0;++i);m=i;while(!feof(fp)){if(HT[m].lchild && HT[m].rchild){fscanf(fp,"%c",&in);if(in=='0') m=HT[m].lchild;else m=HT[m].rchild;}else{fprintf(fp1,"%c",HT[m].ch);m=i;}}printf("\n译码结束，译码结果已保存到TextFile.txt文件中！\n");fclose(fp);fclose(fp1);}void Print(){FILE *fp,*fp1;int i=0;char in;printf("代码文件为:\n");fp=fopen("CodeFile.txt","r");fp1=fopen("CodePrin.txt","w");fscanf(fp,"%c",&in);while(!feof(fp)){printf("%c",in);fprintf(fp1,"%c",in);i++;if(i==50){printf("\n");fprintf(fp1,"\n");i=0;}fscanf(fp,"%c",&in);}printf("\n");fclose(fp);fclose(fp1);printf("代码文件已存入CodePrin.txt文件中");printf("\n");}void Tree_printing(){FILE *fp;fp=fopen("TreePrint.txt","w");int i;for(i=1;i<2*n;i++){printf("%c%8d%8d%8d%8d\n",HT[i].ch,HT[i].weight,HT[i].parent,HT[i].lchild,HT[i].rchild);fprintf(fp,"%c%8d%8d%8d%8d",HT[i].ch,HT[i].weight,HT[i].parent,HT[i].lchild,HT[i].rchild);fprintf(fp,"\n");}fclose(fp);printf("哈夫曼树已存入TreePrint.txt\n"); }void Free(){free(HT); free(HC);free(w);free(ch);}int main(){char choice;while(1){   welcome();   scanf("%c",&choice);   switch(choice)   {case 'i':case 'I':Init();break;case 'e':case 'E':Encoding();break;case 'd':case 'D':Decoding();break;case 'p':case 'P':Print();break;case 't':case 'T':Tree_printing();break;case 'q':case 'Q':Free();exit(1);default :printf("Input error!\n");   }getchar();}return 0;}