數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(赫夫曼編碼)

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數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(赫夫曼編碼)_第1頁(yè)

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文檔簡(jiǎn)介

1、　　數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)　　哈夫曼編碼　　學(xué) 院：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 　　專(zhuān) 業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 　　學(xué) 生： </p

2、>　　學(xué) 號(hào)： 　　指導(dǎo)教師： 　　2013年4月16日　　目錄　　課程設(shè)計(jì)的目的、功能及要求--------------1

3、　　主要功能模塊流程圖----------------------2　　算法的基本思想--------------------------3　　系統(tǒng)測(cè)試--------------------------------6　　結(jié)論-----------------------------------

4、-7　　源程序----------------------------------8　　一、課程設(shè)計(jì)的目的、功能及要求　　目的：　　解并掌握數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法的設(shè)計(jì)方法，具備初步的獨(dú)立分析和設(shè)計(jì)能力； <p&

5、gt;　　件開(kāi)發(fā)過(guò)程的問(wèn)題分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、程序編碼、測(cè)試等基本方法和技能； 　　.合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)和方法獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力； 　　用系統(tǒng)的觀點(diǎn)和軟件開(kāi)發(fā)一般規(guī)范進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，培養(yǎng)軟件工作者所應(yīng)具備的科學(xué)的工作方法和作風(fēng)。　　功能：<p&

6、gt;　　1首先讀入待壓縮源文件； 　　2然后建立并分析字母表，對(duì)每種字符的出現(xiàn)頻度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以頻度作為建立Huffman 樹(shù)的權(quán)值； 　　3頻度表建好后，就可以根據(jù)算法建立Huffman 樹(shù)，對(duì)出現(xiàn)的每種字符進(jìn)行Huffman編碼； 　　4此時(shí)，再次讀入源文件，逐字節(jié)編碼，將得到的編碼流寫(xiě)入到磁盤(pán)文件，并

7、且計(jì)算壓縮率。　　要求：　　1、核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用到的結(jié)構(gòu)體要采用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配和鏈表結(jié)構(gòu)。 　　2 、不同的功能使用不同的函數(shù)實(shí)現(xiàn)（模塊化），對(duì)每個(gè)函數(shù)的功能和調(diào)用接口要注釋清楚。對(duì)程序其它部分也進(jìn)行必要的注釋。 　　3 、對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行

8、功能模塊分析、畫(huà)出總流程圖和各模塊流程圖。 　　、用戶界面要求使用方便、簡(jiǎn)潔明了、美觀大方、格式統(tǒng)一。 　　所有程序需調(diào)試通過(guò)。 　　二、主要功能模塊流程圖　　三、算法的基本思想　?。?

9、）構(gòu)造Hufffman樹(shù)的方法—Hufffman算法　　構(gòu)造Huffman樹(shù)步驟：　　根據(jù)給定的n個(gè)權(quán)值{w1,w2,……wn}，構(gòu)造n棵只有根結(jié)點(diǎn)的二叉樹(shù)，令起權(quán)值為wj。　　在森林中選取兩棵根結(jié)點(diǎn)權(quán)值最小的樹(shù)作左右子樹(shù)，構(gòu)造一棵新的二叉樹(shù)，置新二叉樹(shù)根結(jié)點(diǎn)權(quán)值為其左右子樹(shù)根結(jié)點(diǎn)權(quán)值之和

10、　　在森林中刪除這兩棵樹(shù)，同時(shí)將新得到的二叉樹(shù)加入森林中。　　重復(fù)上述兩步，直到只含一棵樹(shù)為止，這棵樹(shù)即哈夫曼樹(shù)。　?。?）Huffman編碼：數(shù)據(jù)通信用的二進(jìn)制編碼　　思想：根據(jù)字符出現(xiàn)頻率編碼，使電文總長(zhǎng)最短　　編碼：根據(jù)字符出現(xiàn)頻率構(gòu)造Huffma

11、n樹(shù)，然后將樹(shù)中結(jié)點(diǎn)引向其左孩子的分支標(biāo)“0”，引向其右孩子的分支標(biāo)“1”；每個(gè)字符的編碼即為從根到每個(gè)葉子的路徑上得到的0、1序列。　　流程圖：　　部分程序：　　構(gòu)造哈夫曼樹(shù)

12、　　void HaffmanTree(HNodeType HuffNode[MAXNODE]) 　　{　　int i,j,m1,m2,x1,x2;　　for(i=0;i<MAXNODE;i++)<

13、;p>　　{　　HuffNode[i].parent=-1;　　HuffNode[i].lchild=-1;　　HuffNode[i].rchild=-1;　　}&l

14、t;p>　　for(i=0;i<num-1;i++)　　{　　m1=m2=MAXVALUE;　　x1=x2=0;　　for(j=0;j<num+i;j++)

15、　　{　　if(HuffNode[j].parent==-1&&HuffNode[j].weight<m1)　　{　　m2=m1;&l

16、t;p>　　x2=x1;　　m1=HuffNode[j].weight;　　x1=j;　　}　　else</

17、p>　　if(HuffNode[j].parent==-1&&HuffNode[j].weight<m2)　　{　　m2=HuffNode[j].weight;　　x2=j;</p&

18、gt;　　}　　}　　HuffNode[x1].parent=num+i;　　HuffNode[x2].parent=num+i;　　HuffNode[num+i].weig

19、ht=HuffNode[x1].weight+HuffNode[x2].weight;　　HuffNode[num+i].lchild=x1;　　HuffNode[num+i].rchild=x2;　　}　　}<

20、;/b>　　（2）哈夫曼編碼　　LinkList Bianma(LinkList l,Code code[MAXNODE]) //寫(xiě)編碼文件　　{　　LinkList p,q,p1,p2;

21、　　int i,j;　　p=l->next ;　　q=new LNode;　　q->next=NULL;　　p1=new LNode;&l

22、t;b>　　p2=q;　　while(p)　　{　　for(i=0;i<num;i++)　　if(p->data==code[i].data)</p&

23、gt;　　{ 　　j=0;　　while(code[i].bit[j]!='\0')　　{　　p1->data

24、=code[i].bit[j];　　j++;　　p2->next=p1;　　p2=p1;　　p1=new LNode;　　}<

25、;/b>　　}　　p=p->next ;　　}　　p2->next=NULL;　　return q;

26、;　　}　　SeqStack Init()　　{　　SeqStack s;　　s=new StackNode;

27、　s->top=-1;　　return s;　　}　　void HaffmanCode(HNodeType HuffNode[MAXNODE],HCodeType HuffCode[MAXLEAF]) //哈夫曼編碼算法</p

28、>　　{　　int i,j,c,p;　　HCodeType cd;　　for(i=0;i<num;i++)　　{　　cd

29、.start=MAXBIT-1;　　c=i;　　p=HuffNode[c].parent ;　　while(p!=-1)　　{　　if(HuffNode[

30、p].lchild==c)　　cd.bit[cd.start]='0';　　else　　cd.bit[cd.start]='1';　　cd.start --;&

31、lt;b>　　c=p;　　p=HuffNode[c].parent;　　}　　for(j=cd.start+1;j<MAXBIT;j++)　　HuffCode[i].bit[j]=cd.bit[j];&

32、lt;/p>　　HuffCode[i].start=cd.start ;　　}　　}　　四、系統(tǒng)測(cè)試　　1、主界

33、面　　2、輸入并保存編碼　　五、結(jié)論　　本次課程設(shè)計(jì)的目的是：把一個(gè)隨機(jī)輸入的字符串中不同字符作為葉子結(jié)點(diǎn)元素，把其在該字符串中出現(xiàn)的次數(shù)作為權(quán)值構(gòu)造一個(gè)赫夫曼樹(shù)，并得到各個(gè)葉子結(jié)點(diǎn)的赫夫曼編碼和整個(gè)輸入的字符串的赫夫

34、曼編碼。在寫(xiě)代碼前，首先，對(duì)問(wèn)題進(jìn)行了分析，明確了目標(biāo)，列出了大的框架，然后逐漸細(xì)化，劃分出不同的功能模塊，由具體的子函數(shù)去實(shí)現(xiàn)，先在紙上編寫(xiě)代碼，寫(xiě)好后進(jìn)行了反復(fù)的邏輯推理，發(fā)現(xiàn)并解決邏輯問(wèn)題，然后，上機(jī)調(diào)試，方法是：一個(gè)一個(gè)功能模塊分開(kāi)進(jìn)行調(diào)試，主要看調(diào)試的模塊能否達(dá)到預(yù)期的結(jié)果，這樣可以縮小排錯(cuò)的范圍，便以糾錯(cuò)和提高編程的效率，當(dāng)每個(gè)功能模塊都調(diào)試好后，就把各個(gè)部分組合起來(lái)，再進(jìn)行調(diào)試，主要檢查各函數(shù)接口是否正確，當(dāng)達(dá)到預(yù)期的結(jié)果

35、，調(diào)試結(jié)束，編程部分完成，然后按實(shí)驗(yàn)要求完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。　　由于寫(xiě)代碼前做了充分的準(zhǔn)備工作，所以寫(xiě)起代碼來(lái)比較順利，使編程的效率有不少的提高并且最終達(dá)到實(shí)驗(yàn)預(yù)期的結(jié)果。　　心得體會(huì)：　　每一次的課程設(shè)計(jì)對(duì)我來(lái)說(shuō)都是一個(gè)不小的提高，哲學(xué)上說(shuō)：“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理正確性的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，尤

36、其是學(xué)編程，自己不動(dòng)手操作，只看書(shū)永遠(yuǎn)都編不出像Windows之類(lèi)的東西，正如老師說(shuō)的那樣，課程設(shè)計(jì)非常鍛煉人，每完成一個(gè)項(xiàng)目，不僅是知識(shí)體系的完善和知識(shí)的驗(yàn)證，更是編程技術(shù)的提升，當(dāng)自己編的多了，就會(huì)開(kāi)始摸索編程的捷徑，想著用更高效的方法去完成一個(gè)個(gè)項(xiàng)目，就這樣在一次次的鍛煉中自己會(huì)從一個(gè)菜鳥(niǎo)迅速的成長(zhǎng)，終將成為一個(gè)優(yōu)秀的軟件工程師。　　一個(gè)成功的項(xiàng)目必須在寫(xiě)代碼前，先要對(duì)課題有充分的思考和規(guī)

37、劃，否則即使完成了項(xiàng)目也會(huì)浪費(fèi)很多的時(shí)間和精力，我認(rèn)為科學(xué)合理的編程方法是我這次課程設(shè)計(jì)的最大收獲。　　六、源程序　　#include<iostream>　　#include<fstream>　　#includ

38、e"heads.h"　　#define NULL 0　　#define MAXVALUE 10000 //最大權(quán)值　　#define MAXLEAF 100 //葉子結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)　　#define MAXNOD

39、E MAXLEAF*2-1 //哈夫曼樹(shù)結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)　　#define MAXBIT 12 //最大長(zhǎng)度　　using namespace std;　　int num;　　int power(int

40、 x)//2的x次方　　{　　int i;　　for(i=1;i<=x;i++)　　{　　i

41、*=2;　　}　　return i;　　}　　float pration(int a,int b)//計(jì)算壓縮率,a為壓縮前字長(zhǎng)，b為壓縮

42、后字長(zhǎng)　　{　　float s;　　s=(float)((float)b/(float)a);　　return s;

43、　　}　　void Show(LinkList l) //輸出　　{　　LinkList p=l->next;　　while(p)

44、　　{　　cout<<p->data ;　　p=p->next;　　}　　cout<<endl;&

45、lt;b>　　}　　LinkList Create() //寫(xiě)入字符串　　{　　int total=0;　　int x=1,y;　　int p

46、=0;　　LinkList l,p1,p2;　　l=new LNode;　　l->next=NULL;　　cout<<"請(qǐng)輸入:"<<endl<<endl;<p

47、>　　cout<<"1.輸入并存入文檔\n2.從文檔讀取,并計(jì)算出壓縮率!"<<endl<<endl;　　cout<<"請(qǐng)輸入要進(jìn)行的操作:"<<endl;　　int choose;　　cin>>

48、choose;　　if(choose!=1&&choose!=2)　　{　　cout<<"輸入錯(cuò)誤,請(qǐng)重新輸入!"<<endl;　　cin>>choose;<

49、;/p>　　}　　if(choose==1)　　{　　ofstream outfile;　　outfile.open("code.txt",ios

50、::out);　　if(!outfile)　　{　　cout<<"輸出時(shí)打開(kāi)code文檔出錯(cuò)!"<<endl;　　exit(1);

51、　　}　　cout<<"請(qǐng)輸入所要編譯的字符串,以#結(jié)束:"<<endl;　　p1=new LNode;　　p2=l;　　cin&g

52、t;>p1->data;outfile<<p1->data;　　while(p1->data!='#')　　{　　p2->next=p1;　　p2=p1;&

53、lt;/b>　　p1=new LNode;　　cin>>p1->data;outfile<<p1->data;　　}　　p2->next=NULL;<p&g

54、t;　　p2=l;　　return l;　　}　　else{　　ifstream infile("wenjia

55、n.txt",ios::in);　　if(!infile)　　{　　cout<<"輸出時(shí)打開(kāi)文檔出錯(cuò)!\n或文檔不存在!"<<endl;　　cout<<"請(qǐng)確

56、認(rèn)本目錄下有相關(guān)文件后再重試!"<<endl;　　exit(1);　　}　　l=Read("wenjian.txt");　　p1=new LNode;&l

57、t;/p>　　p2=l;　　infile>>p1->data;　　while(infile.eof())　　{　　p2->next=p1;<

58、;/p>　　p2=p1;　　p1=new LNode;　　infile>>p1->data;　　}　　p1->data='#';

59、　　p1->next=NULL;　　infile.close();　　printf("讀取完成！\n");　　Show(l);　　/*****************

60、以下計(jì)算壓縮率*******************/　　p2=l;　　while(p2)　　{　　total++;&l

61、t;/p>　　p2=p2->next;　　}　　for(;power(x)<total;)　　{　　x++;</

62、p>　　p=x; //記錄正常編碼一個(gè)字符需要的比特位數(shù)　　}　　y=(total-1)*x;//正常所需的總比特?cái)?shù)　　printf("y is %d\n",y);　　/*****

63、******編碼后的位數(shù)計(jì)算********************/　　int c;　　FILE *fp;　　if((fp=fopen("Code.txt","rb"))==NULL)</p

64、>　　{　　printf("文件打開(kāi)失??！\n");　　exit(0);　　}　　while(!feof(fp

65、))　　{　　c=fgetc(fp);　　x=x+1;　　}　　printf("x is %d"

66、,x);　　/*****************計(jì)算完成**************************/　　printf("壓縮率為%4.2f%%",pration(y,x)*100);　　return l;

67、　　}　　}　　void Write(LinkList l,char wenjian[])　　{　　LinkList p1;<p

68、>　　ofstream outfile(wenjian,ios::out);　　p1=l->next ;　　while(p1)　　{　　outfile<<p1->da

69、ta;　　p1=p1->next;　　}　　outfile<<"#";　　outfile.close();　　}&l

70、t;/p>　　LinkList Read(char wenjian[]) //讀文件中字符串　　{　　LinkList l,p1,p2;　　l=new LNode;　　l->next=NULL;&l

71、t;/p>　　p1=new LNode;　　p2=l;　　ifstream infile(wenjian,ios::in);　　if(!infile)　　{</p

72、>　　cout<<"打開(kāi)文檔出錯(cuò)!\n或文檔不存在!"<<endl;　　cout<<"請(qǐng)確認(rèn)本目錄下有相關(guān)文件后再重試!"<<endl;　　exit(1);&l

73、t;b>　　}　　infile>>p1->data;　　while(p1->data!='#')　　{　　p2->next=p1;<

74、p>　　p2=p1;　　p1=new LNode;　　infile>>p1->data;　　}　　p2->next=NULL;

75、;　　infile.close();　　return l;　　}　　void Create(HNodeType a[MAXNODE],LinkList l) //統(tǒng)計(jì)字符個(gè)數(shù),做出哈夫曼樹(shù)的結(jié)點(diǎn)

76、　　{　　LinkList p;　　int i;　　p=l->next ;　　//全局變量num在這里的作用

77、　　while(p)　　{　　for(i=0;i<num;i++)　　if(a[i].data==p->data)　　{

78、　a[i].weight++;　　break; 　　}　　if(i==num)　　{　　a[i].data=p-&g

79、t;data;　　a[i].weight=1;　　num++;　　}　　p=p->next;　　}</p

80、>　　//printf("num is %d ",num);可以看到num在這里的作用　　for(i=0;i<num;i++)　　{　　a[i].lchild=NULL;　　a[i

81、].rchild=NULL;　　a[i].parent=-1;　　}　　}　　void HaffmanTree(HNodeType HuffNode[MAXNODE]) //構(gòu)造哈夫曼樹(shù)

82、　　{　　int i,j,m1,m2,x1,x2;　　for(i=0;i<MAXNODE;i++)　　{　　HuffNode[i].parent=-

83、1;　　HuffNode[i].lchild=-1;　　HuffNode[i].rchild=-1;　　}　　for(i=0;i<num-1;i++)　　{</b

84、>　　m1=m2=MAXVALUE;　　x1=x2=0;　　for(j=0;j<num+i;j++)　　{　　if(HuffNode[j].p

85、arent==-1&&HuffNode[j].weight<m1)　　{　　m2=m1;　　x2=x1;　　m1=HuffNode[j]

86、.weight;　　x1=j;　　}　　else　　if(HuffNode[j].parent==-1&&HuffNode[j].weight

87、<m2)　　{　　m2=HuffNode[j].weight;　　x2=j;　　}　　}&l

88、t;/b>　　HuffNode[x1].parent=num+i;　　HuffNode[x2].parent=num+i;　　HuffNode[num+i].weight=HuffNode[x1].weight+HuffNode[x2].weight;　　HuffN

89、ode[num+i].lchild=x1;　　HuffNode[num+i].rchild=x2;　　}　　}　　//哈夫曼編碼<

90、;p>　　LinkList Bianma(LinkList l,Code code[MAXNODE]) //寫(xiě)編碼文件　　{　　LinkList p,q,p1,p2;　　int i,j;

91、　p=l->next ;　　q=new LNode;　　q->next=NULL;　　p1=new LNode;　　p2=q;　　while(p)</b&g

92、t;　　{　　for(i=0;i<num;i++)　　if(p->data==code[i].data)　　{ 　　j

93、=0;　　while(code[i].bit[j]!='\0')　　{　　p1->data=code[i].bit[j];　　j++;

94、　　p2->next=p1;　　p2=p1;　　p1=new LNode;　　}　　}

95、　p=p->next ;　　}　　p2->next=NULL;　　return q;　　}　　SeqSt

96、ack Init()　　{　　SeqStack s;　　s=new StackNode;　　s->top=-1;　　return s;</p&

97、gt;　　}　　void HaffmanCode(HNodeType HuffNode[MAXNODE],HCodeType HuffCode[MAXLEAF]) //哈夫曼編碼算法　　{　　int i,j,c,p;

98、　　HCodeType cd;　　for(i=0;i<num;i++)　　{　　cd.start=MAXBIT-1;　　c=i;

99、　　p=HuffNode[c].parent ;　　while(p!=-1)　　{　　if(HuffNode[p].lchild==c)　　cd.bit[cd.start]='0';</p&

100、gt;　　else　　cd.bit[cd.start]='1';　　cd.start --;　　c=p;　　p=HuffNode[c].parent;<

101、/p>　　}　　for(j=cd.start+1;j<MAXBIT;j++)　　HuffCode[i].bit[j]=cd.bit[j];　　HuffCode[i].start=cd.start ;&

102、lt;b>　　}　　}　　void bianma(HCodeType HuffCode[MAXLEAF],HNodeType a[MAXNODE],Code code[MAXNODE]) //字符編碼　　{</

103、b>　　int i,j,k;　　for(i=0;i<num;i++)　　{ 　　code[i].data=a[i].data;　　for(j=HuffCode[i].start

104、+1,k=0;j<MAXBIT;j++,k++)　　{　　code[i].bit[k]=HuffCode[i].bit[j];　　}　　code[i].bit[k]='\0'

105、;　　}　　}　　int panduan(char a[MAXBIT],char b[MAXBIT])　　{　　if

106、(strcmp(a,b)==0)　　return 1;　　else　　return 0;　　}&

107、lt;p>　　void bianma(Code code[MAXNODE],LinkList l)//讀取編碼　　{　　int i,flag;　　SeqStack s;　　s=Init();

108、　　LinkList p;　　p=l->next;　　while(p)　　{　　s->top++;<

109、;/p>　　flag=0;　　s->data[s->top]=p->data;　　s->data[s->top+1]='\0';　　for(i=0;i<num;i++)&l

110、t;p>　　if(panduan(s->data,code[i].bit)==1)　　{ 　　cout<<code[i].data;　　flag=1;

111、break;　　}　　if(flag)　　{　　s=Init();<

112、p>　　}　　p=p->next;　　}　　cout<<endl;　　}　　void Sho

113、wTree(HNodeType node[MAXNODE])　　{printf("輸出");　　int i;　　cout.width(8);　　cout.setf(ios::left);&l

114、t;p>　　cout<<"統(tǒng)計(jì)字符頻率結(jié)果為:"<<endl;　　cout<<"頻率 ";　　cout.width(8);　　cout<<"字符"<<endl;

115、　　for(i=0;i<num;i++)　　{　　cout.width(8);　　cout<<node[i].weight;　　cout.width(8);

116、;　　cout<<node[i].data<<endl;　　}　　cout<<endl;　　cout<<"哈弗曼樹(shù)編碼為:"<<endl;　　cout&l

117、t;<"字符";　　cout<<" ";　　cout<<"編碼";　　cout<<endl;　　}&l

118、t;p>　　void ShowCode(Code cood[MAXNODE])　　{　　for(int i=0;i<num;i++)　　cout<<cood[i].data<<"\t"<<cood[i].bi

119、t<<endl;　　}　　void bianma(HNodeType node[MAXNODE],HCodeType code[MAXLEAF],Code CODE[MAXNODE])　　{<p&

120、gt;　　LinkList l,c;　　l=Create(); //寫(xiě)字符串　　Write(l,"wenjian.txt");　　l=Read("wenjian.txt");　　cout&

121、lt;<"文件內(nèi)容:"<<endl;　　Show(l);　　Create(node,l); //統(tǒng)計(jì)字符個(gè)數(shù)　　HaffmanTree(node); //構(gòu)造哈夫曼樹(shù)</

122、p>　　ShowTree(node); //輸出哈夫曼樹(shù)　　HaffmanCode(node,code); //哈夫曼編碼算法　　bianma(code,node,CODE); //字符編碼 　　ShowCode(C

123、ODE); //輸出編碼規(guī)則　　c=Bianma(l,CODE);　　cout<<"編碼文件為:"<<endl;　　Show(c); 　　Write(c,"Cod

124、e.txt");　　}　　void yima(Code CODE[MAXNODE])//譯碼　　{　　LinkList l;　　l=Read(&

125、quot;Code.txt"); //讀取編碼文件　　cout<<"譯碼的文件為:"<<endl;　　Show(l); //顯示編碼文件　　cout<<"譯碼文件為:"<<endl;

126、　　bianma(CODE,l); //譯碼　　}　　int Menu_Select()　　{　　int i;</b

127、>　　cout<<"1.編碼信息\n2.譯碼信息\n0.退出程序"<<endl;　　cout<<"請(qǐng)選擇要進(jìn)行的操作:"<<endl;　　cin>>i;

128、;　　while(i<0||i>2)　　{　　cout<<"輸入錯(cuò)誤!請(qǐng)重新輸入：";　　cin>>i;<b&g

129、t;　　}　　return i;　　}　　int main()　　{　　HNodeType no

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